专利名称：用于控制电晕点火装置的方法
技术领域：
本发明基于具有如专利权利要求I的前续部分中所规定特征的方法。该方法从WO2010/011838 Al 中可知。
背景技术：
在WO 2004/063560 Al中公开内燃机的燃烧室中燃料-空气混合物如何通过燃烧室内产生的电晕放电被点火。为此，点火电极延伸通过一个处于地电位的燃烧室壁并与其电气隔离，并且伸入到燃烧室中，优选地与设置在燃烧室内的活塞相对。点火电极与燃烧室壁一起形成电容，该燃烧室壁处于地电位并用作反电极。燃烧室与其内容物用作电介质。根据活塞的实际冲程，空气或燃料-空气混合物或废气包含在所述燃烧室中。电容是所产生的高频电压激发的电振荡电路的组成部分，例如，利用具有中心抽 头的变压器。变压器与交替地施加可预定直流电压到通过中心抽头连接的变压器的两个初级绕组的开关设备配合。变压器的次级绕组为串联振荡电路供电，其电容部分由点火电极和燃烧室壁组成。激发振荡电路并由变压器供电的交流电压的频率被控制，以使其与振荡电路的共振频率尽可能接近。这导致点火电极和点火电极布置其中的燃烧室壁之间的电压过冲击。共振频率通常在500千赫至6兆赫之间，并且点火电极的交流电压达到例如50kV — 100 kV 的值。因而，电晕放电可在燃烧室中发生。电晕放电不应击穿为电弧放电或火花放电。因此，点火电极与地之间的电压保持在完全击穿电压以下。为此，从WO 2004/063560 Al中可知，在变压器的输入端测量电压和电流并由其计算阻抗作为电压和电流的商。将所计算的阻抗与所选阻抗的目标值进行比较，以便可保持电晕放电，而不发生完全电压击穿。从WO 2010/011838 Al中可知，通过设定目标阻抗在初级侧控制变压器，因为首先，在足够低的电压，没有电晕放电发生，确定在变压器的输入端的所谓基线阻抗(baseline impedance)。从低电压开始,在变压器输入端的电流-电压关系初始为线性的，表明恒定阻抗电流最初与电压成比例地增加。基线阻抗是各点火器的特征。一旦超过一定电压，阻抗就增加，这表明因为变压器初级侧上测量的电流强度不再与电压增加成比例，而是随电压的增加而越来越缓慢地逐步增加，直到点火电极和一个邻接燃烧室的壁之间发生电压击穿。在从W02010/011838 Al已知的方法中，确定目标阻抗以使其为基线阻抗和附加阻抗的和。通过增大电压直到发生火花放电，附加阻抗小幅增加。只要检测到火花放电，则附加阻抗减小，减小幅度稍微大于前面幅度，以便因此避免进一步的火花放电并保持振荡电路共振。这样能够将变压器输入端的电流和电压保持在能够发生火花放电的值以下，并将其限制在电晕达到最大的值，因此实现燃料-空气混合物可靠点火。
发明内容
本发明的目的在于提供一种如何进一步改善电晕点火装置的点火行为并优化燃烧的方法。
本发明的目的是通过具有由权利要求I所限定的特征的方法来实现的。本发明的有利改进是从属权利要求的主旨。一种电晕点火装置，利用源自点火电极的电晕放电，在周期性运转的内燃机中点燃燃料-空气混合物，利用施加到DC/AC转换器的初级侧的初级电压，电振荡电路被激励，该振荡电路连接于点火电极。在根据本发明的一个方法中，连续测量DC/AC转换器的初级侧上的阻抗，并且通过估算阻抗测量值来确定电晕放电开始的时间。将该时间点与目标值进行比较，且在引擎的后续工作周期中，根据所述比较的结果，改变DC/AC转换器的初级侧的激励。在根据本发明的一个方法中，对于点燃电晕放电，可以通过闭环或开环控制将阻抗设定为目标值，该目标值具有有利的大电晕放电。不是简单地假定电晕放电开始的时间与阻抗的目标值达到的时间相对应，而是根据本发明考虑电晕放电通常点火早得多。
电晕放电的开始时间对于点火行为以及燃料非常重要，即使电晕放电的开始通常与燃烧室中燃料-空气混合物的点火时间不一致。可通过预先设定电晕放电开始的目标值来优化燃烧。如果电晕放电开始的时间偏离预定目标值，则通过改变DC/AC变换器的初级侧的激励来进行校正操作。 在此，考虑电晕放电的开始与目标值的偏离，即使在引擎的当前工作周期中，例如，如果电晕放电开始的过早，则通过减缓初级电压或初级电流的增加，或者，如果开始的过迟，则通过加速初级电压或初级电流的增加。燃料-空气混合物的点火时间取决于通过电晕放电释放的能量的量。因而，考虑到电晕放电的开始，可以将点火时间设定为最优值。也可以在引擎的后续工作周期中考虑电晕放电的开始与目标值的偏离。通过校正后的DC/AC转换器的初级侧校正的激励，可以在所述的后续工作周期中实现电晕放电开始与目标值的偏离较小，甚至完全消失。可以通过初级电流或初级电压控制DC/AC转换器。这两种可能的方法通常是等同的。因此DC/AC转换器的初级侧的激活可改变，作为控制变量，初级电压或初级电流可改变。可以例如通过估算阻抗测量值来确定电晕放电开始的时间点，确定表明阻抗测量的连续结果分散多宽的分散值。然后将分散值与预定阈值进行比较，如果超出阈值，则可得出电晕放电已经开始的结论。确定电晕放电的时间点的另一个可能方法，预先设定表明阻抗的阈值，并从所述阈值的超出值中得出电晕放电开始的结论。该阈值可通过基本阻抗值得出，例如，将基本阻抗值乘以预定因子，或者将预定值加到基本阻抗值上。所述基本阻抗值通常被称为基线阻抗，并被赋以电晕点火装置的DC/AC转换器的初级侧的电流-电压曲线的斜率。如上所述，通过将阻抗设置成目标值，可以产生发生良好的电晕放电。另一种可能性是预先设定用于阻抗的连续测量值的分散的目标值。在德国专利申请DE 102010045044Al中描述了相应方法的细节。这种方法基于这样的事实，即电晕放电扩展地越大，阻抗波动地越大。可替换方法的细节在德国专利申请DE 102010015344 Al和德国专利申请DE102010024396 Al中进行描述，通过该方法控制电晕放电，以便恰好在击穿电压下产生电晕放电。本发明的有利改进，将电晕放电开始的时间报告给引擎控制单元。此外，还可以将电晕放电的结束时间或者电晕放电的持续时间报告给引擎控制单元。引擎控制单元可以利用该信息来优化将来的点火或燃烧。例如，可以将喷射时间与预期的电晕放电开始时间协调。
下面利用所附的示意图进一步说明本发明，其中图I示意地示出用于车辆引擎点火系统的结构；
图2示意地示出通过连接到图I中所示点火系统的内燃机汽缸的纵截面图；图3示出具有阻抗阈值的DC/AC转换器输入端U/I曲线，其阻抗阈值被超出表明电晕放电的开始，以及图4示出在DC/AC转换器输入端U/I曲线，示出发生电晕放电后的阻抗波动。附图标记I燃烧室2 壁3 壁4壁(上方)5点火电极6绝缘体7振荡电路8 电容器9 电感器10高频发电机11直流电压源12 DC/AC 转换器13中央抽头14初级绕组15初级绕组16高频开关17次级绕组18 活塞19活塞环20 通道22电荷载体云23 壳体24 隔舱25 隔舱26 接口29诊断单元30引擎控制单元
具体实施例方式图I示出处于地电位的壁2、3和4限制的燃烧室I。点火电极5从上面伸入到燃烧室I中。该电极被绝缘体6包围其长度的一部分。绝缘体将电极与上壁2电绝缘,通过该上壁2绝缘地延伸到燃烧室I中。在燃烧室I中，点火电极5可以从绝缘体6伸出或者可由薄绝缘体层覆盖。点火电极5和燃烧室I的壁2-4是振荡电路7的组成部分，振荡电路7还包括电容器8和电感器9。当然，振荡电路7可具有额外的电感器和/或电容器，以及本领域技术人员已知的其他元件作为串联电路的可能部件。为了激励振荡电路7,设置高频发电机(high frequency generator)10,其具有直流电压源11，作为DC/AC转换器，具有变压器12，该变压器12在其初级侧上具有中央抽头13，以便在中央抽头13处，两个初级绕组14和15彼此会合。利用高频开关16，初级绕组14和15的端部交替接地，这些端部远离中央抽头13设置。高频开关16的转换频率确定串联的振荡电路7的频率被激励，并且可以变化。变压器12的次级绕组17在点A处为串联的振荡电路17供电。高频开关16利用控制电路(未示出)，以此方式即振荡电路以共振频率被激励的方式被控制。然后，点火电极5的端部与接地的壁2-4之间的电压处于最高值。 除了带中央抽头的变压器之外，还可以使用这种变压器，即振荡电路设置在其上游，通过以目标频率转换变压器，在变压器的输入端产生不必为正弦的电压特性，但可以具有恰为目标频率的周期特性。图2示出通过设有图I中示意地示出的点火装置的内燃机汽缸的纵截面。燃烧室I由被设置为汽缸盖的上壁2，圆柱形圆周壁3以及活塞18的上侧4限定，活塞18在所述汽缸内可往复地移动并设置有活塞环19。在汽缸盖2中，具有一通道20,冲模点火电极(die ignition electrode)5在通道20中以电绝缘且密封的方式延伸。而且，点火电极5至少在部分长度上被绝缘体6包围，该绝缘体6可以由烧结陶瓷构成，如氧化铝陶瓷。点火电极5的端部伸入到燃烧室I并稍微伸出绝缘体6，但也可与其齐平。在点火电极5与活塞18之间，在振荡电路7被激励时，形成电晕放电。该电晕放电伴随有更高或更低强度的电荷载体云22。在汽缸盖2的外侧上，连接有壳体23。在壳体23的第一隔舱24中，具有变压器12的初级绕组14和15、以及与其配合工作的高频开关16。在壳体23的第二隔舱25中，具有变压器12的次级绕组17以及串联振荡电路7的剩余部件，如果需要，还可以有用于监视振荡电路7行为的装置。通过接口 26，可以建立对诊断单元29和/或引擎控制单元30的连接等。然而，变压器12不必被容纳在连接于汽缸盖2的壳体中，而是可以与高频开关16一起被容纳在独立的点火控制单元中，其进而可被连接到引擎控制单元30。串联振荡电路的剩余部件可被容纳在包围绝缘体6的壳体中。在图3中，实线示出变压器12的输入端的U/I曲线。通过对变压器的初级绕组施加电压Ua，基线阻抗Zsa可根据下面的等式来确定Zsa=UA/IA为了测量基线阻抗，选择初级电压Ua，以便既不发生电晕放电也不发生火花放电，即点A仍然位于曲线的直线部分上。电压Ua明显低于初级电压UD，在初级电压UD，会点火电极5与燃烧室I的壁之间的点火之间会发生电压击穿。
基线阻抗Z■是基本阻抗值，可以通过该值来限定阈值Zm，超过阈值Zm表明电晕放电。例如，可通过基本阻抗值Zsa乘以预定因子或通过将预定阻抗值加到基本阻抗值Zw!来限定阈值Z 在图3中，该阈值Zm以虚线绘制。为了确定电晕放电的开始，DC/AC转换器的初级侧上的阻抗可以通过测量每种情形中的初级电流和初级电压而连续测量。阻抗测量之间的时间间隔越短，电晕放电开始的时间可确定得越精确。例如，可在不超过20 S，优选为最多IOii S，特别优选地为5 s或更短的时间间隔来测量阻抗。通过估算阻抗测量，可以确定电晕放电的开始时间，因为每种情形中测量的阻抗值都与预定的阈值Zm进行比较。如果检测到超过阈值，则可由此可得出电晕放电开始的结论。如果在测量了一系列小于阈值Z45的阻抗值之后，测出超过阈值Z ￠5的阻抗值，则可以将该阻抗值的时间视为电晕放电开始的时间。然后可以将为电晕放电开始而确定的时间点与目标值进行比较，并且可根据该比较结果来改变DC/AC转换器的初级侧的激励。在引擎的当前工作周期中，或者在后续工作周期中，可以对DC/AC转换器的初级侧的激励的改变进行校正。 在图4中示意地示出检测电晕放电的开始时间的可替换的可能性。与图3相同，图4也示出DC/AC转换器输入端的U/I曲线。一旦电晕放电形成，则阻抗受到显著波动。这在图4中点A右边的曲线区域中示出。所以，电晕放电的存在还可通过计算阻抗测量的分散而被检测到。为此，首先，分散值是通过计算阻抗测量值来确定的，该分散值表明阻抗测量连续结果分散的程度。将分散值与预定阈值进行比较。所述阈值被超出则表明电晕放电的开始。
权利要求
1.一种用于控制电晕点火装置的方法，所述电晕点火装置位于周期性运转的内燃机中，利用通过用施加到DC/AC转换器(12)的初级侧的初级电压激励连接于点火电极(5)的电振荡电路(7)而从所述点火电极(5)产生的电晕放电来点燃燃料-空气混合物，在所述方法中连续测量所述DC/AC转换器(12)的初级侧的阻抗，其特征在于 通过估算阻抗测量值来确定电晕放电开始的时间，将所述时间与目标值进行比较，并且根据所述比较的结果来改变所述DC/AC转换器(12)的初级侧的激励。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于以不超过20y S，优选地不超过IOy s的时间间隔测量所述阻抗。
3.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于根据所述比较的结果，在引擎的后续工作周期中改变所述DC/AC转换器(12)的初级侧的激励。
4.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于根据所述比较的结果，在引擎的当 前工作周期中改变所述DC/AC转换器(12)的初级侧的激励。
5.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于通过估算所述阻抗测量值来确定表明阻抗测量值的连续结果的分散程度的分散值， 将所述分散值与预定的阈值进行比较，并且根据所述阈值被超出而得出电晕放电开始的结论。
6.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于预先设定所述阻抗的阈值(Z%5)，并且根据所述阈值(Z45)被超出而得出电晕放电开始的结论。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于通过将基本阻抗值(Zsa)乘以预定因子来确定所述阈值(Z电晕)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于通过将预定值加到基本阻抗值(Zsa)上来确定所述阈值(Z电晕)。
9.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于将电晕放电开始的时间报告给引擎控制单元(30)。
10.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于将所述阻抗设置成预期发生电晕放电的目标值。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制电晕点火装置的方法，该电晕点火装置位于周期性运转的内燃机中，利用通过用施加到DC/AC转换器(12)的初级侧的初级电压激励连接于点火电极(5)的电振荡电路(7)而从点火电极(5)产生的电晕放电来点燃燃料-空气混合物，在该方法中连续测量该DC/AC转换器(12)的初级侧的阻抗。根据本发明，通过估算阻抗测量值来确定电晕放电开始的时间，将该时间与目标值进行比较，并且根据比较的结果来改变DC/AC转换器(12)的初级侧的激励。
文档编号F02P23/04GK102865176SQ20121023656
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月6日 优先权日2011年7月7日
发明者T.施雷默尔 申请人:博格华纳贝鲁系统股份有限公司