火花塞的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种火花塞，所述火花塞具有至少一个电极对，所述电极对包括两个电极，所述两个电极相对于彼此电绝缘并且彼此间隔开，所述两个电极中的第一电极充当地电极，在点火间隙中所述第一电极与第二电极之间的间距是可变的，火花路径在实施点火的过程中形成在所述点火间隙中，其特征在于：为了调整所述点火间隙中的间距的目的，所述两个电极中的至少一个被设计为是可移动的，为此目的提供了调整装置；和基于各种发动机运行参数调整电极间隙间距的方法。这在各种发动机工况下能更好地实现直喷内燃发动机的汽缸中的空气-燃料混合物的可靠点火。
【专利说明】火花塞
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年I月25日提交的德国专利申请N0.102013201187.3的优先权，为了所有目的，其整个内容通过引用被并入本文。
【技术领域】
[0003]本实用新型涉及一种火花塞。
【背景技术】
[0004]火花塞可以被用来点燃实施点火的直喷内燃发动机的汽缸中的燃料-空气混合物。火花塞可以包括具有电绝缘并且相对彼此间隔开的两个电极的至少一个电极对。第一电极可以作用为地。第一与第二电极之间的间距是点火间隙，在实施点火的过程中火花路径在此形成。
[0005]一种调整点火性能的方法是采用具有可变电极间距的火花塞，所述可变电极间距根据内燃发动机的当前运行温度变化。在一个示例中，火花塞在低温下具有相对小的电极间距，并且随着温度增加至更高的值而增加间距。另一示例使电极间距最初在暖机阶段期间随着温度的增加而增加，并且然后随着发动机运行温度进一步增加超过预定的阈值温度而减小电极间距。两种方法利用具有两种不同热膨胀特性的组件的双金属元件。
[0006]发明人认识到的之前的具有根据发动机当前运行温度可变的电极间距的火花塞的一些问题源于当温度增加或增加至预定的阈值温度时增加间距。在两种方法中，所述类型的火花塞在暖机阶段期间具有相对小的间距，这会使在暖机阶段期间使燃料-空气混合物的可靠点火退化。另外，发明人已经认识到，部分负荷运行下的大间隙和高负荷运行下的小间隙能在选择的情况下更好地实现燃料-空气混合物的可靠点火。
实用新型内容
[0007]在一个示例中，可以通过包括彼此电绝缘并且相对于彼此间隔开的两个电极的火花塞至少部分地解决在本文中所描述的问题。另外，第一电极充当地电极，并且可以利用调整装置针对各种发动机运行参数调整第一电极与第二电极之间的间距。第一电极、第二电极、或第一和第二电极是可移动的。这可以更好地实现对点火间隙间距的控制。
[0008]在另一示例中，一种通过调整控制装置根据内燃发动机的至少一个运行参数控制火花塞的第一电极与第二电极之间的间距方法，其中可以在发动机运行期间可变地设定点火间隙间距，其中该方法还包括至少一个或多个发动机运行参数可以被测量和/或估计，以便能更好地实现燃料-空气混合物的点火。这可以随着发动机工况的变化而提供燃料-空气混合物的可靠点火。
[0009]在另一示例中，提供一种发动机控制方法，其包含:通过存储在控制器的存储器中的代码来调整火花塞的第一电极与第二电极之间的间距。
[0010]在另一示例中，所述间距响应于所述发动机的至少一个运行参数由所述控制器调整，其中在发动机运行期间可变地设定所述间距，同时所述发动机实施燃烧。
[0011]在另一示例中，所述间距随着排气再循环率的增加而增加。
[0012]在另一示例中，响应于火花塞老化的增加而增加所述间距，所述控制器基于发动机小时数、车辆里程或其组合确定所述火花塞老化。
[0013]在另一示例中，其特征在于:基于发动机温度进一步调整所述间距。
[0014]在另一示例中，响应于汽缸中比稀阈值更稀的空燃比而增加所述间距。
[0015]在另一示例中，响应于点火电压而调整所述间距。
[0016]在另一示例中，响应于发动机负荷而调整所述间距。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1以侧视图以及局部剖面的形式示意地示出了火花塞的第一实施例。
[0018]图2示出了具有火花塞的内燃发动机的示例。
[0019]图3示出了利用第一实施例的火花塞运行内燃发动机的示例方法。
[0020]图4示意地示出了一种调整火花塞间隙间距的示例方法。
【具体实施方式】
[0021]用于点燃实施点火的直喷内燃发动机的汽缸中的燃料-空气混合物的火花塞，其中火花塞具有至少一个电极对，电极对包括两个电极，两个电极相对于彼此电绝缘并且彼此间隔开，两个电极中的第一电极充当地电极，在点火间隙中第一电极与第二电极之间的间距是可变的，火花路径在实施点火的过程中形成在点火间隙中。
[0022]另外，提供了一种通过利用所述类型的火花塞改善实施点火的直喷内燃发动机的汽缸中的燃料-空气混合物的点火的方法。
[0023]由于作为用于产生内燃发动机的燃料的原材料的矿物油的有限可用性，因此试图使燃料消耗最小化。
[0024]问题是尤其奥托循环发动机的相对差的效率而导致的燃料消耗。这个问题的原因在于传统的奥托循环发动机的运行过程的原理。传统的奥托循环发动机以均匀燃料-空气混合物运行，所述均匀燃料-空气混合物通过燃料被引入位于进气道中的空气而形成外部混合物被准备。通过改变燃烧室的充气来设定功率或负荷，以便奥托循环发动机的工作过程-与柴油发动机相比-是基于量调节的。
[0025]一般通过进气道中提供的节气门挡板执行所述负荷控制。通过调整节气门挡板，可以在更大程度或更小程度上减小节气门挡板下游的进气压力。节气门挡板关闭的程度越大，挡板阻塞进气道的程度越大，节气门挡板两侧的进气压力损失越大，并且到汽缸燃烧室内的节气门挡板下游和进口上游的进气压力越低。以此方式，通过进气的压力来设定空气质量(即量)是可能的。这种类型的负荷控制已证明尤其在部分负荷范围内是不利的，因为低负荷需要显著的减压，即高度的节流，借此充气交换损失随着负荷降低而增加。
[0026]为了减少所描述的节流损失，已经开发了用于节流的各种策略。例如，一种用于使奥托循环发动机无节流的方案的方法是具有直接喷射的奥托循环发动机工作过程。燃料的直接喷射是用于实现分层燃烧室充气(即分层充气运行)的合适方法，这允许使混合物相当稀，并且因此需要减少增压空气的节流。这尤其在部分负荷范围内(即低负荷和中等负荷范围内)仅喷射少量的燃料时提供热力学优势。该方法还利用燃料的直接喷射。
[0027]进一步的优势由于与直接喷射相关的燃烧室和混合物的内部冷却而出现，借此在没有燃料的过早自燃(所谓的爆燃，奥托循环发动机的其他的特性)的情况下使压缩和/或增压增压以及随后改善燃料的利用成为可能。
[0028]分层充气运行以极其不均匀的燃烧室充气，其中在火花塞附近实现具有相对高的燃料浓度(λ〈1)的可燃燃料-空气混合物，然而，更低的燃料浓度(即更高的局部空气比(λ >1))存在于位于其下面的混合物层中。这导致具有总体空气比λ>>1的非常稀的燃烧室充气。
[0029]通常，空气比λ被定义为实际供应给内燃发动机的至少一个汽缸的空气质量ms 与正好完全氧化供应给至少一个汽缸的燃料质量所需的化学计量空气质量msn,u
学计量(内燃发动机的化学计量运行λ =1)的比值。其遵循λ
=m空气，实际/m空气,化学计量。
[0030]仅相对短的毫秒范围内的时间段可用于燃料的喷射、燃烧室中的混合物准备(gp在包括汽化的初步反应的背景下空气和燃料的混合-如果需要-以及燃料的准备)，和已准备的混合物的点火。因此，对点火以及对火花塞的要求显著高于传统的奥托循环过程的情况，以便即使在更困难的情况下也能够确保可靠的点火。
[0031]在直喷奥托循环发动机的运行期间，总空气比λ根据当前负荷而改变。这里，内燃发动机在部分负荷运行时一般由于过量空气而稀(λ >1)运行，而在相对高地负荷以及在全负荷时由于空气不足而富(λ〈I)运行。总空气比λ的变化还导致对火花塞的更大要求，因为必须在所有负荷和在总空气比λ的极其宽的范围下确保燃料-空气混合物的可靠点火。
[0032]具体地，应当防止不仅导致旋转不规则(即内燃发动机的旋转速度波动)而且导致污染物排放增加(具体导致未燃碳氢化合物的排放增加)的失火。
[0033]为了能够可靠点燃稀混合物，两个电极之间相对大的间距是优选的或是期望的，以便尽管燃烧室中有过量空气，但足够大的比例的燃料分子也能进入火花塞的点火间隙，其中在实施点火的过程中火花路径形成在所述点火间隙中。
[0034]在内燃发动机冷启动的情况下，相对大的电极间距同样是优选的，以便当运行温度仍是较低的时候，在暖机阶段期间同样确保燃料-空气混合物的可靠点火。
[0035]燃料-空气混合物的可燃性或燃烧性还受排气再循环(即自出口侧再循环至进口侧的排气量)影响。排气再循环适合于减少未处理的氮氧化合物排放，其中通过增加排气再循环率能够相当多地减少未处理的氮氧化合物排放。这里，排气再循环率X.被确定为xEGE=mEGR/ (mH:R+m|W|S^)，其中1%；κ表示再循环的排气的质量,而Π1 _3^表示供应的新鲜空气，如果适当，所述新鲜空气被引导通过压缩机并且被压缩。为了获得氮氧化合物排放的相当多的减小，需要大约xEGR ^ 60%至70%量级的高排气再循环率。此外,可以在高负荷下使用排气再循环，以便降低爆燃倾向。在高再循环率下，大的或相对大的电极间距是优选的，或由于再循环率增加，电极间距的增加是优选的，以便利用可接受的点火电压确保燃料-空气-排气混合物的可靠点火。
[0036]与之相比，对于高负荷和全负荷运行而言，也就是说减小的(即相对小的)电极间距是优选的，其中最小间距不应当短路，以便避免两个电极烧毁的不可接受的高电压。如果可靠点火的点火电压上升至不期望的高程度(即假设不期望的高值)，则减小的电极间距总体上是优选的。因此，能够降低实际所需的点火电压。
[0037]上述内容表明，为了在所有工况下确保实施点火的直喷内燃发动机中的可靠点火，具有可变电极间距的火花塞是极其有利的。
[0038]US6, 586, 865B1描述了引言中提到的类型的火花塞，其中电极间距根据内燃发动机的当前运行温度而改变。这里，火花塞的一个电极采取双金属元件的形式，双金属元件包括以层的形式布置的两个组件，两个组件的热膨胀特性不同。这里，关于其膨胀特性选择和布置两个组件，以便自内燃发动机是冷的状态开始，第一电极与第二电极之间的间距在暖机阶段的过程中随着运行温度的上升而增加。所述类型的火花塞在暖机阶段期间具有相对小的电极间距，并且在部分负荷运行或稀燃运行时具有增加的间距，而且在相对高的负荷部具有减小的间距。
[0039]在德国公开的说明书DE102006037412A1中还描述了正讨论的类型的另一开发的火花塞(即两个电极之间的间距可变的火花塞)。为了实现可变(即可变间距)，其再次提出两个电极中的至少一个采取双金属元件的形式，其中双金属元件包括两个组件，两个组件的热膨胀特性不同。为了自内燃发动机是冷的状态开始，电极之间的间距在暖机阶段的过程中随着运行温度的上升而初步增加，并且然后随着运行温度进一步增加超出预定的阈值温度的点而再次减小，被形成双金属元件的两个组件的有目的的选择是必需的。因此两个组件具有相互协调的膨胀特性，其中第二组件在第一温度范围内相对于第一组件表现出减小的膨胀特性，而在邻近的温度范围内相对于第一组件表现出增加的膨胀特性。
[0040]DE102006037412A1的火花塞的优势是，电极之间的间距根据内燃发动机的汽缸中的当前温度自动并且专门地改变。根据要求的点火间隙中的电极间距的有目的的调整是不能的，即实现在特定运行点实现最佳的电极间距是不可能的。具体地，根据排气再循环率X.和/或总空气比λ改变(即调整)电极之间的间距是不可能的。
[0041]在此背景下，提供了本发明的火花塞，所述火花塞在所有工况下允许位于直喷内燃发动机的汽缸中的燃料-空气混合物的可靠点火。
[0042]另一子目标是，详述了一种利用所述类型的火花塞点燃燃料-空气混合物的方法。
[0043]通过用于点燃实施点火的直喷内燃发动机的汽缸中的燃料-空气混合物的火花塞来实现第一目标，该火花塞具有至少一个电极对，电极对包括两个电极，两个电极相对于彼此电绝缘并且彼此间隔开，两个电极中的第一电极充当地电极，第一电极与第二电极之间的间距在点火间隙中，并且其中，为了调整点火间隙中的间距的目的，两个电极中的至少一个被设计为是可移动的，为此目的提供了调整装置。
[0044]火花塞具有调整装置，通过该调整装置能够以目标方式影响电极间距，即可以主动控制点火间隙中的两个电极之间的间距。为了这个目的，两个电极中的至少一个被设计为是可移动的，因此所述至少一个可移动的电极可以通过调整装置而被移动，即朝向另一电极移动以便减小点火间隙中的间距，以及远离另一电极引动以便增加点火间隙中的间距。
[0045]至少一个可移动的电极可以被移动，并且通过调整装置以目标方式从一个工作位置转到另一工作位置。
[0046]在这个方面，火花塞允许点火间隙中的电极间距的特定运行点的调整，S卩，使针对内燃发动机的各种运行点设定最佳的电极间距成为可能。与仅考虑汽缸中电极对附近的温度的现有技术相比，根据各种期望的运行参数控制(即调整)电极之间的间距，具体地，还根据排气再循环率X.和/或总空气比λ改变(即调整)电极之间的间距是可能的。
[0047]以此方式，实现第一目标，即提供在所有工况下允许位于直喷内燃发动机的汽缸内的燃料-空气混合物的可靠点火的火花塞。
[0048]该火花塞可以满足对电极间距的各种要求。
[0049]因此，针对内燃发动机的冷启动实现相对大的或增加的电极间距是可能的。通过增加的间距同样能够可靠地点燃稀混合物，借此能够允许在部分负荷下占主导地位的空气t匕。相同的稀混合物应用于具有排气再循环的运行状态。朝向高负荷以及在全负荷下，可以根据要求减小电极间距，即可以设定减小的电极间距。
[0050]此外，通过至少一个可移动设计的电极的调整，火花塞使补偿(即抵消)由于磨损引起的电极的烧毁而导致的电极间距的增加成为可能。这大大增加了火花塞的使用寿命，因为如果间距由于随着逐渐的运行持续时间的磨损而增加，为形成火花路径考虑逐渐增加的点火电压，其中点火电压的增加反过来导致烧毁的增加。
[0051]这样的火花塞的实施例是有利的，其中可以以连续可变的方式调整电极间距。然而，这样的火花塞的实施例也是有利的，其中可以以分级的方式调整电极间距，具体地，以多级的方式或以两级的方式。
[0052]将会结合本发明讨论更有利的火花塞的实施例。
[0053]这样的火花塞的实施例是有利的，其中被设计为可移动的至少一个电极是地电极。
[0054]这样的火花塞的实施例也是有利的，其中电极对的两个电极被设计为是可移动的。
[0055]具体地，这样的火花塞的实施例是有利的，其中提供了中心电极，中心电极被布置在火花塞的外壳中，并且中心电极通过绝缘体与地电极电绝缘。
[0056]这里，这样的火花塞的实施例是有利的，其中中心电极是被设计为可移动的至少一个电极，地电极被设计为是固定的。中心电极特别适合于被设计为可移动的电极，因为地电极一般在燃烧室侧以类似帽的形式围绕中心电极。
[0057]就此而论，这样的火花塞的实施例同样是有利的，其中中心电极通过调整装置可以平移的方式在外壳中移置，地电极被刚性地连接至外壳。
[0058]这里，通过中心电极的平移位移来调整点火间隙中的两个电极之间的间距，其中为了减小点火间隙中的间距，朝向地电极移动中心电极，而为了增加点火间隙中的间距，移动中心电极远离地电极。例如，温度反应式石蜡、螺线管、致动器等可以被用来调整电极的位移。
[0059]这样的火花塞的实施例是有利的，其中调整装置包括至少一个温度反应式石蜡元件，其体积根据温度而发生变化，石蜡元件的变化导致被设计为可移动的至少一个电极的移动。
[0060]温度反应式石蜡元件用作调整装置或用作调整装置的一部分。石蜡元件仅需要被热致动。石蜡元件的温度的热致动(即变化，具体是增加)导致体积的变化，其中在该情况中，石蜡元件的体积的变化用于移动被设计为可移动的电极。可以以各种方式实现石蜡元件的致动，例如-这将将在下面更详细地进行阐述-通过加热元件。
[0061]这样的火花塞的实施例也是有利的，其中提供了机械调整装置。
[0062]如果温度反应式石蜡元件被用来形成调整装置，这样的火花塞的实施例是有利的，其中至少一个温度反应式石蜡元件被布置在工作室中，并且当通过温度的增加而被激活时，致动位移机构，位移机构影响被设计为可移动的至少一个电极的移动。
[0063]当被致动时，石蜡元件意图影响被设计为可移动的至少一个电极的移动。为了通过体积的变化来致动位移机构的致动器，以及为了能够累积这个目的所需的力，石蜡元件被布置总体上抵消体积的变化(即最初阻止石蜡元件的膨胀)的工作室中是有利的。以通过工作室控制的方式并且在工作室中，体积的变化被传递给致动器，该致动器用于致动影响被设计为可移动的至少一个电极的移动的位移机构。
[0064]取决于位移机构的工作原理或结构，当被激活时膨胀的石蜡元件(即石蜡元件的膨胀)可以导致(即用于)点火间隙中的电极间距的减小或增加。
[0065]具体地，这样的火花塞的实施例是有利的，其中当通过温度的增加而被激活时，由于被设计为可移动的至少一个电极的移动，温度反应式石蜡元件影响点火间隙中的间距的减小。
[0066]于是在相对高的负荷下或朝向高负荷等可以激活石蜡元件，以便影响点火间隙中的电极间距的减小。
[0067]此外，这样的火花塞的实施例是有利的，其中可主动控制温度反应式石蜡元件。所述实施例允许石蜡元件的特定特性映射控制，并且因此允许电极间距的特定运行点调整。
[0068]这里，这样的火花塞的实施例是有利的，其中通过加热元件和/或发动机控制器，可主动控制温度反应式石蜡元件。
[0069]如果可主动控制温度反应式石蜡元件，那么这样的实施例是有利的，其中温度反应式石蜡元件是电控的。电控的石蜡元件具有其与内燃发动机的传统控制技术相协调的优势。此外，电子控制器可以以简单的方式用在车载电池上。
[0070]通过如下方法实现第二子目标，第二子目标具体指明一种利用上述类型的火花塞点燃燃料-空气混合物的方法，在该方法中，根据内燃发动机的至少一个运行参数，通过调整装置改变在实施点火的过程中在其中形成火花路径的区域中的两个电极之间的间距。
[0071]已经关于火花塞陈述的也应用于该方法。
[0072]这样的该方法的实施例是有利的，其中，由于排气再循环率X.增加，增加两个电极之间的间距。
[0073]排气再循环对燃料-空气混合物的可点燃性和燃烧性有影响。在高再循环率下，相对大的电极间距是优选的，或由于再循环率增加，电极间距的增加是优选的，以便能够实现燃料-空气-排气混合物的可靠点火。
[0074]这样的该方法的实施例基本上是有利的，其中，为了降低点火电压，减小两个电极之间的间距。
[0075]这样的该方法的实施例是有利的，其中，稀燃料-空气混合物(λ >1)的情况下由于空气比λ增加，增加两个电极之间的间距。
[0076]为了能够可靠第点燃稀混合物，相对大的两个电极之间的间距是优选的或是期望的，以便尽管燃烧室中有过量空气，但足够大的比例的燃料分子也能进入火花塞的点火间隙，其中在实施点火的过程中火花路径形成在所述点火间隙中。
[0077]这样的该方法的实施例是有利的，其中，随着负荷自内燃发动机处于部分负荷运行的状态开始增加，增加两个电极之间的间距。
[0078]然而，一般相对稀的混合物在部分负荷运行下需要相对大的两个电极之间的间距，但是对于高负荷和全负荷运行而言，具体还关于所需的点火电压，小的电极之间的间距是优选的。
[0079]这样的该方法的实施例是有利的，其中针对内燃发动机的冷启动，增加两个电极之间的间距。
[0080]在冷启动期间，相对大的或大的电极间距是优选的，以便在低运行温度下确保燃料-空气混合物的可靠点火。
[0081]为了确保在内燃发动机的启动期间(具体是在冷启动期间)燃料-空气混合物的可靠点火，通常在启动阶段多次喷射可以与位于汽缸中的增压空气化学计量燃烧的燃料质量
化学计量。这里，实现！O以及更大的加浓系数是常见的，其中富系数表示实际供应的燃料质量与化学计量燃料质量之比。所述措施的目的是，通过过量燃料来汽化足以确保可靠点火的燃料量。
[0082]这样的方法的实施例是有利的，其中，随着运行温度自内燃发动机是冷的状态开始增加，并且随着负荷进一步增加超过到达预定负荷的点，减小两个电极之间的间距。
[0083]转向图1，以侧视图以及局部剖面的形式示出了火花塞I的第一实施例，其包括具有相对于彼此间隔开的电极2和3的电极对。在图1中，电极对中的一个电极2采取中心布置的中心电极4。另一电极3充当地电极5，其在燃烧室侧以类似帽的形式围绕中心电极
4。这里，以足以确保燃料-空气混合物能够进入点火间隙6的数量提供开口，其中火花路径在实施点火的过程中形成在两个电极2和3之间。绝缘体7围绕中心布置的中心电极4，并且使两个电极2、3相对于彼此电绝缘，其中绝缘体7本身被接收在螺纹外壳8中。
[0084]在这个示例中，中心电极4被设计为可移动的电极4，而地电极5被刚性地连接至螺纹外壳8，即为固定的。在其他示例中，中心电极和地电极5都可以被设计为是可移动的。通过调整装置10，中心电极4在绝缘体7中可以平移的方式沿火花塞I的纵向轴线9移位。例如，调整装置可以包括螺线管、温度反应式石蜡或致动器。另外，调整装置可以被包含在火花塞内或在外部。
[0085]这里，通过中心电极4的平移移位(双箭头)来调整点火间隙6中的两个电极2、3之间的间距，其中为了减小点火间隙6中的间距，朝向地电极5移动中心电极4，而为了增加点火间隙6中的间距，移动点火间隙6远离地电极5。
[0086]在这个示例中，调整装置10包括温度反应式石蜡元件10a，其体积随温度变化。石蜡元件1a的体积的变化导致被设计为可移动的中心电极4的移动。为了这个目的，石蜡元件1a被布置在工作室1c中，以便将由于温度增加而导致的体积变化转换为调整力。当通过温度的增加来激活石蜡元件1a时，由于与复位弹簧1b的弹簧力相反的中心电极4的移动，点火间隙6中的间距被减小。例如，可以通过发动机运行温度或加热器激活石蜡元件10a。
[0087]参照图2，其示出了内燃发动机100的一个示例。发动机100被描述为具有燃烧室104、冷却剂套筒118和汽缸壁136，其中活塞138被设置在汽缸壁136中并且被连接至曲轴140。燃烧室104被示为经由各自的进气门150和排气门156与进气道146和排气道148连通。在所描述的示图100中，作为一个示例,仅示出了一个汽缸。
[0088]利用各自的凸轮驱动系统(其包括通过进气凸轮151和排气凸轮153进行描述的一个或更多个凸轮)，控制器02可控制进气门150和排气门156。进气门150和排气门156的位置可以分别由气门位置传感器155和157确定。
[0089]在一些实施例中，发动机100的至少一个或更多个汽缸可以包括用于点燃燃烧的火花塞1，如在图1中所描述。在针对发动机运行参数调整点火间隙之后，如在图3中所描述的，响应于来自控制器102的火花提前信号SA，点火系统109可以经由火花塞I向燃烧室104提供点火火花。
[0090]图2将喷射器166示为侧向喷射器。可代替地，喷射器可以位于活塞耳火花塞I上部的位置。在替代的实施例中，喷射器166可以是将燃料提供到汽缸104上游的进气道内的进气道喷射器。
[0091]控制器102被示为微型计算机，其包括:微处理单元(CPU) 106、输入/输出端口(I/o) 108、在这个具体示例中作为只读存储器(ROM) 110示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM) 112、保活存取器(KAM) 114和数据总线。存储介质只读存储器110可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据代表可由处理器106执行的指令，用于实现以下所述方法以及期望但没有具体列出的其他变体。
[0092]控制器102可以接收来自联接至发动机100的传感器的各种信号。例如，来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量计(MAF)的测量；来自联接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却液温度(ECT);来自联接至曲轴140的霍尔效应传感器120 (或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);来自传感器124的歧管绝对压力信号(MAP);来自氧传感器(EGO) 128的汽缸空燃比(AFR);以及来自爆燃传感器和曲轴加速传感器的不正常燃烧。另外，可以使用未示出的其他传感器。
[0093]基于来自上述传感器中的一个或多个的输入，控制器102可以调整一个或多个火花塞I的点火间隙6或给定的汽缸和发动机运行参数。控制器102可以接收来自各种传感器的输入数据、处理输入数据以及基于其中对应于一个或更多个程序而被编程的指令或代码对已处理的输入数据作出响应。在图3和4中描述了示例控制方法。
[0094]现在转向图3，程序200被描述为示出了利用火花塞I使实施点火的直喷内燃发动机100运行的步骤。具体地，程序200根据发动机运行参数和火花塞间隙间距能实现火花塞间隙间距的调整，以便在所有发动机工况能更好地实现可靠的点火。
[0095]在202处，发动机工况可以被测量和/或估计。例如，这些可以包括发动机运行温度、空气比、发动机负荷、排气再循环(EGR)率、点火电压等。图2描述了可以在内燃发动机中使用的传感器的示例。
[0096]在204处，火花塞间隙间距可以被测量和/或估计。在一个示例中，这可以通过在查询表中查询最后存储的运行值而被完成。在另一示例中，这还可以通过在火花塞电极两端施加高电压以及测量自零交叉电压直至火花塞点火的时间而被完成。
[0097]在206处，程序可以确定是否需要火花塞间隙间距的调整。例如，可以确定当前的间隙间距是否需要调整，以便当发动机时冷的时候允许燃料的可靠点火。如果不需要火花塞间隙间距调整，程序可以进入208，并且使发动机以当前的火花塞间隙间距运行。
[0098]如果在206处确定火花塞间隙间距需要调整，程序可以进入210。基于发动机运行参数调整火花塞间隙间距。图4示出了被用来响应于各种发动机运行参数而决定间隙间距增加或减小的示例方法。
[0099]现在转向图4，图示说明了用于发动机运行参数和火花塞间隙间距的调整类型:增加、减小或保持相同的程序300。在确定点火间隙间距调整值之前，发动机控制器可以决定需要来自程序300的所有间隙调整设定。另外，控制器可以决定包括可以被测量和/或估计的发动机运行参数中的一个或多个。
[0100]在302处，程序可以确定火花塞老化是否低于最小阈值。在火花塞的寿命期间，由于磨损引起的烧毁而导致的电极间距的增加是可能发生的。如果火花塞低于最小老化阈值，程序可以进入306，在306中火花塞间隙间距可以增加或保持相同。如果火花塞超过最小老化阈值，程序可以进入304，在304中火花塞间隙间距可以减小或保持相同。这可以有助于补偿磨损引起的电极的烧毁。如果间隙间距由于随着逐渐的运行持续时间的磨损而增力口，这可以增加火花塞的使用寿命，这反过来转变为更大的点火电压，从而形成导致增加烧毁的火花路径。
[0101]程序从304和306或302 (如果跳过304和306)进入308，在308中可以确定发动机是否在最小阈值温度之下运行。例如，在冷启动期间，发动机运行温度可以低于最小阈值。为了能更好地实现空气-燃料混合物的可靠点火，两个电极之间相对大的点火间隙间距是期望的。如果是，程序可以进入312，并增加点火间隙间距或保持相同。如果否，程序可以进入310，并减小点火间隙间距或保持相同。这可以在各种发动机运行温度下更好地实现空气-燃料混合物的可靠点火。
[0102]程序从310和312或308(如果跳过310和312)进入314，在314中可以确定总空气比λ是否在最小阈值之上。例如，在奥托循环发动机的运行期间，总空气比λ变化可以导致对火花塞的更大要求。一般来说，内燃发动机由于过量的空气而稀(λ >1)运行，并且可能由于空气不足而富(λ〈I)运行。为了能更好地实现空气-燃料混合物的可靠点火，应当调整火花塞间隙间距。例如，由于稀混合物，选择相对大的点火间隙，以便足够大的比例的燃料分子进入在其中形成火花路径的点火间隙。如果是，程序进入318，并增加点火间隙间距或保持相同。如果否，程序进入316，并减小点火间隙间距或保持相同。程序从316和318或314 (如果跳过316和318)进入320，在320中可以发动机负荷是否低于最小阈值。例如，选择以高负荷和/或全负荷、小的电极间距运行的发动机。如果是，程序进入324，并增加点火间隙间距或保持相同。如果否，程序进入322，并减小点火间隙间距或保持相同。
[0103]程序从322和324或320 (如果跳过322和324)进入326，在326中可以确定排气再循环EGR率是否在最小阈值之上。例如，增加EGR率可以减少氮氧化物排放。此外，在高负荷下，EGR率可以被设定为减少爆燃倾向。在高EGR率下，选择更大的电极间距，以便能通过可接受的点火电压更好地实现空气-燃料-排气混合物的可靠点火。如果是，程序进入330，并增加点火间隙间距或保持相同。如果否，程序进入328，并减小点火间隙间距或保持相同。
[0104]程序从328和330或326 (如果跳过328和330)进入332，在332中可以确定点火电压是否低于最大阈值。如果针对可靠点火考虑的点火电压升至不合理的高值，则选择减小的电极间距。更高的点火电压可以导致烧毁的增加以及火花塞的更高的磨损，由此减少使用寿命。如果是，程序可以进入336并增加点火间隙间距或使其保持相同。如果否，程序可以进入334，并减小点火间隙间距或使其保持相同。另外，可以设定超过其可以不设定点火间距间隙的第二阈值上限，以便有助于降低火花塞的过度磨损。
【权利要求】
1.一种用于点燃实施点火的直喷内燃发动机的汽缸中的燃料-空气混合物的火花塞，其特征在于: 火花塞具有至少一个电极对，所述电极对包括两个电极，所述两个电极相对于彼此电绝缘并且彼此间隔开，所述两个电极中的第一电极充当地电极，在点火间隙中所述第一电极与第二电极之间的间距是可变的，火花路径在实施点火的过程中形成在所述间距中， 其中: 为了调整所述点火间隙中的间距的目的，所述两个电极中的至少一个被设计为是可移动的；以及 调整所述间距的调整装置。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于:被设计为可移动的所述至少一个电极是所述地电极。
3.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于:所述电极对的两个电极都被设计为是可移动的。
4.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于:提供了中心电极，所述中心电极被布置在所述火花塞的外壳中，并且所述中心电极通过绝缘体与所述地电极电绝缘。
5.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于:所述中心电极是被设计为可移动的所述至少一个电极，所述地电极被设计为是固定的。
6.根据权利要求5所述的火花塞，其特征在于:所述中心电极通过调整装置可以平移的方式在外壳中移位，所述地电极被刚性地连接至所述外壳。
7.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于:所述调整装置包括至少一个温度反应式石蜡元件，其体积随温度变化，所述石蜡元件的体积变化导致被设计为可移动的所述至少一个电极的移动。
8.根据权利要求7所述的火花塞，其特征在于:所述至少一个温度反应式石蜡元件被布置在工作室中，并且当通过温度的增加而被激活时，致动移位机构，所述移位机构影响被设计为可移动的所述至少一个电极的移动。
9.根据权利要求8所述的火花塞，其特征在于:当通过温度的增加而被激活时，由于被设计为可移动的所述至少一个电极的移动，所述温度反应式石蜡元件使得点火间隙中的所述间距减小。
10.根据权利要求7所述的火花塞，其特征在于:可主动控制所述温度反应式石蜡元件。
11.根据权利要求10所述的火花塞，其特征在于:通过加热元件和/或发动机控制器，可主动控制所述温度反应式石蜡元件。
【文档编号】H01T13/24GK203983731SQ201420050281
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2013年1月25日
【发明者】O·贝克迈尔, K·格里泽 申请人:福特环球技术公司