点火系统和控制用于外源点火的内燃机的点火系统的方法与流程

本发明涉及一种用于内燃机的点火系统。本发明尤其涉及一种用于多个内燃机的点火系统，由于(高)增压和变稀薄的、很难点燃的混合物(，贫气-分层方案，高AGR率)而对这种点火系统提出了更高的要求。

背景技术：

GB717676示出了一种用于点火系统的升压变压器，在该升压变压器中使用按升压转换器类型的通过振动式开关控制的电路件,以便为通过升压变压器产生的火花供应电能。

WO 2009/106100 A1示出了一种根据高压电容器点火系统建造的电路装置，在该电路装置中，储存在电容器中的能量一方面被导到变压器的初级，另一方面则通过带二极管的旁路导到火花间隙。

US 2004/000878 A1示出了一种点火系统，在该点火系统中，次级的包括多个电容器的存储器被充电，以便为借助变压器产生的火花供应电能。

WO9304279 A1示出了一种有两个能量源的点火系统。一个能量源将电能通过变压器传递到火花间隙，第二个能量源则被布置在变压器的次级的接头和地线之间。

DE102013218227A1公开了一种点火系统，在该点火系统中，高压发生器产生了点火火花，点火火花紧接着通过升压转换器被供以电能且被维持。

已知的是，用于内燃机的点火系统基于高压发生器，例如升压变压器，借助其将来自车辆电池组或发电机的能量转换成高压，借助高压为火花间隙供能，以便点燃在内燃机中的能燃烧的混合物。为此突然中断流过升压变压器的电流，储存在升压变压器的磁场中的能量因此以火花的形式放电。

技术实现要素：

按照本发明认识到，通过在初级电压发生器和升压转换器之间的相互配合的合适的影响，可以在多个参数方面改善所述方法。在此期间在现有技术中尚没有任何针对相应的控制的建议。因此本发明所要解决的技术问题是，满足之前证实的需求。

按照本发明，之前所述的技术问题通过一种用于控制针对外源点火的内燃机的点火系统的方法解决。点火系统包括用于产生点火火花的初级电压发生器和用于维持点火火花的升压转换器。在第一步骤中，将信号从发动机控制器发送给点火系统，以便确定触发点火火花的预先确定的点火时刻。这个点火火花例如是主点火火花或惟一一个用于点燃在燃烧室中存在的能点燃的混合物的点火火花。此外，将另一个信号从发动机控制器发送给点火系统，以便确定触发另一个点火火花的预先确定的另一个点火时刻。另一个点火火花可以具有和之前所述的点火火花一致的功能，但在更迟的工作冲程上(例如720°曲轴角后)产生。按照本发明，用于影响升压转换器的运行方式的控制信号，在第一信号被发送给点火系统之后以及另一个信号被发送给点火系统之前，被从发动机控制器发送给点火系统。为了影响升压转换器的运行方式，可以额外也在第一信号之前发送另外的信号，这些信号实现了在当前的点火循环中对点火系统的运行方式的影响。控制信号不是(或不是仅)被设置用于限定点火时刻或用于触发点火火花，因为升压转换器首先用于给已经产生的点火火花供应电能。通过所建议的时间顺序，根据设计方案的不同获得了在上述点火系统运行时的不同的优势。

从属权利要求示出了本发明的优选的扩展设计。

信号和至少一个在若干信号之间被发送给点火系统的控制信号，可以通过一致的信号(例如电线)从发动机控制器到达点火系统。这是特别简单的布局，其带来了材料、成本和重量上的优势。发动机控制器在点火系统上的连接或两个单元之间的信息传递可以简单地(例如按现有技术)完成。

控制信号可以基本上具有和各用于确定点火时刻的信号一致的高电平。控制信号可以备选或附加地相对用于确定点火时刻的信号具有减小的电平，例如所谓的“低电平”，其可以理解为是两个高电平信号之间的间歇。这简化了信号的电评估以及提高了相对散播的电磁信号的故障安全性。

升压转换器的工作方式可以例如通过施加至少一个控制信号的时间点和/或持续时间受到影响。根据控制信号(例如通过曲轴角被测量和/或相对用于限定点火时刻的信号被测量)在哪个时间点上被发送给点火系统，可以例如限定升压转换器的接通时间点、升压转换器的输出功率等。高电平或低电平的持续时间也可以备选或附加地影响升压转换器的运行方式。根据升压转换器的运行方式的哪一方面受到控制信号的前述参数的影响，可以强烈简化控制信号的评估或直接由控制信号的时间点/持续时间得出升压转换器的运行参数的变化。控制信号的广泛的评估可能有利地停止。

升压转换器的运行方式可以例如通过边侧(例如高电平的上升的边侧和/或高电平的下降的边侧)的(时间的)位置得出。控制信号的共同的电平的两条边侧也可以被用来影响升压转换器的运行方式。这种评估在电路技术上特别简单且能防干扰。

升压转换器的运行方式可以备选或附加地受到对多个脉冲的评估的影响，脉冲作为控制信号的一部分被发送给点火系统。例如可以对脉冲的上升的边侧和/或下降的边侧计数且作为对所求出的数量的反应以预先限定的方法和方式改变升压转换器的运行方式。脉冲的数量例如可以通过有待输出的功率电平和/或通过升压转换器的运行开始相对初级电压发生器的接通时间点的时延决定。信息转达的这种方式在电路技术上也能被简单地评估且不易故障地实现。

升压转换器的运行方式可以备选或附加地根据至少一个控制信号的高电平的高度受到影响。升压转换器的能量相关的参数(电流、电压、功率)尤其可以直接通过高电平的高度被调整。在使用无极的电平时，尤其可以对升压转换器的输出参数作准确的校准。

升压转换器的运行方式可以例如以在接通初级电压发生器和接通升压转换器之间的时延的形式受到控制信号的影响。升压转换器的输出功率可以备选或附加地作为运行方式的参数加以调整。功率可以例如通过占空比的调整和/或升压转换器的开关频率加以调整。升压转换器的切断时间点和/或运行开始可以作为运行方式的参数加以调整。升压转换器的运行开始在此可以例如为了抑制接通火花而通过初级电压发生器被推迟。在这种情况下，在接通初级电压发生器之前或至少同时，借助升压转换器产生与初级电压发生器的输出电压相反取向的输出电压。在火花间隙处，前面提到的电压因此不同名地重叠，由此抑制了在这个时间点上不受欢迎的点火火花。

当然也可以在第一信号和另外的信号之间发送多个控制信号，以便促进点火系统影响升压转换器的运行方式的其它的参数。运行方式的每一个前述的参数都可以单独地和/或与其它参数组合地通过控制信号的单个边侧和/或电平和/或数量和/或持续时间加以调整。以这种方式获得了用于提升装备有点火系统的内燃机的效率以及用于降低内燃机的燃耗的广泛的可能性。换句话说，每一个其另外的控制信号都可以限定升压转换器或点火系统的前述运行参数中的一个或多个。

按照本发明的第二个方面，建议一种用于外源点火的内燃机的点火系统，该点火系统包括用于产生点火火花的初级电压发生器(例如传统的点火变压器)。设升压转换器来维持点火火花，升压转换器在输出侧处在有火花塞的点火间隙的电的网孔中。此外，在点火系统中设评估单元和信号输入端，其中，评估单元被设置用于，评估通过信号输入端获得的信号。因此评估单元被设置用于，从发动机控制器接收和评估用于确定触发点火火花的预先确定的点火时刻的信号。评估单元被额外设置用于，从发动机控制器接收和评估用于确定触发另一个点火火花的另一个预先确定的点火时刻的信号。按照本发明，评估单元被进一步设置用于，在前述的用于确定点火时刻的信号之间从发动机控制器接收和评估用于影响升压转换器的运行方式的控制信号。在进行评估之后，评估单元可以根据方法来调整升压转换器的运行参数，如上文结合第一个提到的发明方面详细说明的那样。相应地得出了特征、特征组合和由这些特征和特征组合得出的优势。

按照本发明的第三个方面，建议一种用于控制针对外源点火的内燃机的点火系统的发动机控制器。点火系统包括用于产生点火火花的初级电压发生器和用于维持点火火花的升压转换器。通过按本发明的发动机控制器控制的点火系统例如因此根据第二个提到的发明方面进行设计。发动机控制器按照本发明被设置用于，将用于确定触发点火火花的预先确定的点火时刻的信号在第一工作冲程内通过信号输出端发送给点火系统，以及将用于确定触发另一个点火火花的另一个预先确定的点火时刻的另一个信号通过信号输出端发送给点火系统。另一个点火时刻可以例如在720°曲轴角后的工作时间点内产生。按照本发明，发动机控制器被进一步设置用于，通过同一个信号输出端将在一个信号和另一个信号之间用于影响升压转换器的运行方式的控制信号发送给点火系统。发动机控制器可以以这种方式直接影响在按本发明设计的点火系统内部的过程。特征、特征组合和由特征和特征组合得出的优势明显地对应结合前述发明方面的特征、特征组合和优势，从而为了避免重复而参考上述实施方案。

按照本发明的第四个方面，建议一种系统或装置，其具有按第二个提到的发明方面所述的点火系统和按第三个提到的发明方面所述的发动机控制器。发动机控制器的信号输出端在信息技术上与点火系统的信号输入端连接，因而可以在效率、燃耗、电极腐蚀和其它参数方面广泛地优化这样装备的内燃机。换句话说，按本发明的装置被设置用于，实施按第一个提到的发明方面所述的方法。

附图说明

接下来参考附图详细说明本发明的实施例。附图中：

图1是按照按本发明的点火系统的第一个实施例的电路图；

图2是在实施按本发明的方法的实施例时，在运行按本发明的装置的实施例时信号和控制信号的时间图表；

图3示出了升高的点火电压对按本发明设计的点火系统的必需的功率水平的影响；以及

图4是阐明按本发明的方法的实施例的步骤的流程图。

具体实施方式

图1示出了点火系统1的电路，点火系统包括升压变压器2作为高压发生器，升压变压器的初级3可以由电的能量源5通过第一开关30被供以电能。升压变压器2的次级4通过初级线圈8和次级线圈9的电感耦合被供以电能且具有由现有技术公知的用于抑制接通火花的二极管23，其中，这个二极管23可以备选由二极管21替代。在有次级线圈9和二极管23的网孔中设有接地线14的火花间隙6，点火电流i₂应当通过该火花间隙点燃能燃烧的混合物。按照本发明，升压转换器7设置在电的能量源5和升压变压器2的次级4之间。为此，电感15通过开关22和二极管16与电容器10连接，电容器的一端连接在次级线圈9上以及电容器的另一端连接在地线14上。电感在此用作蓄能器，以便维持电流。二极管16沿着电容器10的方向导电地取向。在电容器10和次级线圈9之间设有分流器19作为电流测量工具或电压测量工具，它的测量信号被输送给开关22以及开关27。开关22、27以这种方式被设置用于，对通过次级线圈9的电流强度i₂的限定的范围作出反应。开关22的面朝二极管16的端子能够通过另一个开关27与地线14连接。为了给电容器10上保险，齐纳二极管21沿截止方向与电容器10并联。此外示出了开关信号28、29，可以借助开关信号来控制开关22、27。开关信号28表示针对整个点火循环都接通和 “保持闭合”，开关信号29则概述了在“闭合”和“打开”之间的一个时间相同的交变信号。在开关22闭合时，电感15通过电的能量源5被供以电流，电流在开关22、27闭合时直接流入地线14。在开关27打开时，电流通过二极管16被导到电容器10。作为对流入电容器10的电流的反应而产生的电压相加成通过升压变压器2的次级线圈9下降的电压，由此支持在火花间隙6处的电弧。但电容器10在此放电，因而通过闭合开关27可以将能量带到电感15的磁场中，以便在重新打开开关27时将这个能量又充到电容器10上。可以看到设置在初级3中的开关30的控制31明显保持得比针对开关22和27的情形更短。因为开关22不为按本发明的过程承担起任何重要的功能，而是仅接通或切断电路，所以这个开关仅是可选的且因此也可以取消。此外示出了带信号输出端44的发动机控制器40，用于确定触发点火火花的预先确定的点火时刻的用S_CEI标注的信号以及用于按本发明影响升压转换器7的运行方式的控制信号，通过该发动机控制器被发送给装备有信号输入端43的评估单元42。发动机控制器40可以以这种方式广泛地影响初级电压发生器2的以及升压转换器7的开关状态。

图2示出了针对升压转换器(P1、P2、P3)的三个不同的期望的输出功率的、由发动机控制器发送给按本发明的点火系统的信号S_CEI的时间变化。其中示出了升压转换器的接通信号S_HSS，接通信号由在其上示出的时间变化得出。绘出了在时间内电流I₁通过高压发生器的点火线圈的初级的时间变化、火花电流I₂和升压转换器的输出电压U_HSS。在例子中限定了在控制信号t1的持续时间内的滞后时间，滞后时间流逝在点火变压器电流(通过初级电压发生器的初级侧的电流I₁)的接通和升压转换器的接通之间。因为升压转换器的输出侧的电压逐渐接近静态的电平，所以可以以这种方式例如控制在点火时刻内火花间隙处的功率输出值的高度。可以看到，在具有低电平的控制信号t₂的持续时间内，控制升压转换器的输出侧的功率级，火花电流I₂在点火时刻之后作为对该输出侧的功率级的反应呈现三种不同的时间变化。在此假定理想化的燃烧室条件和首先恒定不变的火花点火电压。在减小了持续时间t₆的持续时间t₃中，确定了点火变压器的通电的持续时间。换句话说，确定了点火变压器的闭合时间(“点火时刻”)。控制信号t₃的下降的边侧的位置因此尤其限定了曲轴角上方点火时刻的位置。控制信号t₄的低电平可以被用于控制点火系统的或升压转换器的不同的参数。例如可以在控制信号t₄的持续时间内预定用于升压转换器的功率变化方法的类型。例如可以根据持续时间选择或调整升压转换器的开关频率和/或占空比。最后，通过开关信号t₅和特别是该开关信号的下降的边侧t₅确定了升压转换器的切断时间点。可以看到点火电流I₂从这个时间点起迅速下降，直至点火火花熄灭。可以看到，在控制信号t₂和t₃之间的上升的边侧可选也限定了针对持续时间的升压变压器的开关运行的启动点，通过该启动点避免了点火系统的输出侧的电压过高，即，升压转换器针对持续时间运行直至达到预限定的电压阈值U_HSSmax。在初级的电流I₁接通的时刻，升压转换器的输出侧的电压U_HSS急剧下降。但在火花间隙处的电压保持在一个范围内，在该范围内不可能发生不期望的点火。在示例中，升压转换器的功率级选择至50%、75%和100%。用于基于按本发明的点火系统的周边环境的电磁的激励减小不期望的干涉的可行方案在于，通过信号t₄调整升压转换器的频率范围。通过恰当地选择控制信号t₁至t₆或设定控制信号t₁至t₆的大小，可以额外实现一种单火花运行(没有升压转换器的运行)，即，在决定用于产生点火火花的少量的能量需求的燃烧室条件下控制混合物点火。

例如可以使用控制信号t₁和/或t₂用于相应的控制。倘若单火花运行被用于给保留在点火间隙处的剩余电压有针对性地放电，那么可以使用控制信号，以便在缺乏燃烧室内能点着的混合物时产生用于给火花间隙放电的能导电的火花间隙。这一点可以例如由此发生，即，选择在预定的极限的范围内的控制信号t₁，在接收该信号时，点火系统识别到，控制信号t₁处在预定的间隔外。作为对这种输入值的反应，点火系统在一个时间点产生了放电火花，在该时间点中在燃烧室中不存在能点着的混合物，由此使留在点火系统内的剩余能量下降，而不会引起对内燃机的损伤。例如单火花运行或熄弧火花也可以通过控制信号t₂产生，该控制信号不是为了升压转换器的功率水平而预先限定的。换句话说，t₂的对功率调整无效的值通过点火系统被假定为是用于着手单火花运行或用于产生熄弧火花的信号。点火系统原则上根据传统的感应式点火线圈运行。这就是说，点火线圈一次通过初级侧的通电被供以能量，这些能量被用来建立高压且在完成点火之后，保留储存在电压发生器的电感内的磁能量被输出给火花间隙。

图3示出了升压转换器的必需的功率级与火花点火电压U_brenn的相关性。火花点火电压U_brenn在时间内基本上线性地上升。在升压转换器的功率级为50%时，点火电流I_fu50强烈下降，直至它达到最小值I_min。作为对此的反应，按本发明的控制信号促进升压转换器的功率级提高到75%，由此使引起的火花电流I_fu75跳回到稳定的范围。火花燃烧电压U_brenn的进一步的提高再一次导致了电流减小到电流的最小值I_min，作为对此的反应，到点火系统的按本发明的控制信号将升压转换器的功率级确定到了100%，作为对此的反应，火花电流I_fu100再一次跳转到一个稳定的值。

图4示出了按本发明的用于控制外源点火的内燃机的点火系统的方法的一个实施例的若干步骤，所述点火系统带有用于产生点火火花的初级电压发生器和用于维持点火火花的升压转换器。在步骤100中，通过将信号从发动机控制器发送给点火系统开始方法，其中，信号确定了用于触发第一点火火花的预先确定的点火时刻。在步骤200中，控制信号为了影响升压转换器的运行方式而被从发动机控制器发送给点火系统。可以例如转达用于交叉初级电压发生器的和升压转换器的运行方式的信息、有待使用的功率级和接通火花抑制功能。用于按本发明有待影响的运行参数的其它可行方案在上文中也被大量提到。在步骤300中，另一个信号由发动机控制器发送给点火系统，通过这个信号确定了用于触发点火火花的预先确定的另一个点火时刻。以这种方式可以简单地控制包括初级电压发生器和高压发生器的点火系统的运行且能简单地构造点火系统本身。

即使按本发明的方面和有利的实施形式借助结合附图阐释的实施例被详细说明，对技术人员来说，所示实施例的特征的修正和组合也是可行的，而不会脱离本发明的范畴，本发明的保护范畴由所附权利要求限定。