本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的點火系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及一種用于多個內(nèi)燃機的點火系統(tǒng),由于(高)增壓和變稀薄的、很難點燃的混合物(,貧氣-分層方案,高AGR率)而對這種點火系統(tǒng)提出了更高的要求。
背景技術(shù):
GB717676示出了一種用于點火系統(tǒng)的升壓變壓器,在該升壓變壓器中使用按升壓轉(zhuǎn)換器類型的通過振動式開關(guān)控制的電路件,以便為通過升壓變壓器產(chǎn)生的火花供應(yīng)電能。
WO 2009/106100 A1示出了一種根據(jù)高壓電容器點火系統(tǒng)建造的電路裝置,在該電路裝置中,儲存在電容器中的能量一方面被導(dǎo)到變壓器的初級,另一方面則通過帶二極管的旁路導(dǎo)到火花間隙。
US 2004/000878 A1示出了一種點火系統(tǒng),在該點火系統(tǒng)中,次級的包括多個電容器的存儲器被充電,以便為借助變壓器產(chǎn)生的火花供應(yīng)電能。
WO9304279 A1示出了一種有兩個能量源的點火系統(tǒng)。一個能量源將電能通過變壓器傳遞到火花間隙,第二個能量源則被布置在變壓器的次級的接頭和地線之間。
DE102013218227A1公開了一種點火系統(tǒng),在該點火系統(tǒng)中,高壓發(fā)生器產(chǎn)生了點火火花,點火火花緊接著通過升壓轉(zhuǎn)換器被供以電能且被維持。
已知的是,用于內(nèi)燃機的點火系統(tǒng)基于高壓發(fā)生器,例如升壓變壓器,借助其將來自車輛電池組或發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)換成高壓,借助高壓為火花間隙供能,以便點燃在內(nèi)燃機中的能燃燒的混合物。為此突然中斷流過升壓變壓器的電流,儲存在升壓變壓器的磁場中的能量因此以火花的形式放電。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
按照本發(fā)明認(rèn)識到,通過在初級電壓發(fā)生器和升壓轉(zhuǎn)換器之間的相互配合的合適的影響,可以在多個參數(shù)方面改善所述方法。在此期間在現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有任何針對相應(yīng)的控制的建議。因此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是,滿足之前證實的需求。
按照本發(fā)明,之前所述的技術(shù)問題通過一種用于控制針對外源點火的內(nèi)燃機的點火系統(tǒng)的方法解決。點火系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生點火火花的初級電壓發(fā)生器和用于維持點火火花的升壓轉(zhuǎn)換器。在第一步驟中,將信號從發(fā)動機控制器發(fā)送給點火系統(tǒng),以便確定觸發(fā)點火火花的預(yù)先確定的點火時刻。這個點火火花例如是主點火火花或惟一一個用于點燃在燃燒室中存在的能點燃的混合物的點火火花。此外,將另一個信號從發(fā)動機控制器發(fā)送給點火系統(tǒng),以便確定觸發(fā)另一個點火火花的預(yù)先確定的另一個點火時刻。另一個點火火花可以具有和之前所述的點火火花一致的功能,但在更遲的工作沖程上(例如720°曲軸角后)產(chǎn)生。按照本發(fā)明,用于影響升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式的控制信號,在第一信號被發(fā)送給點火系統(tǒng)之后以及另一個信號被發(fā)送給點火系統(tǒng)之前,被從發(fā)動機控制器發(fā)送給點火系統(tǒng)。為了影響升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式,可以額外也在第一信號之前發(fā)送另外的信號,這些信號實現(xiàn)了在當(dāng)前的點火循環(huán)中對點火系統(tǒng)的運行方式的影響??刂菩盘柌皇?或不是僅)被設(shè)置用于限定點火時刻或用于觸發(fā)點火火花,因為升壓轉(zhuǎn)換器首先用于給已經(jīng)產(chǎn)生的點火火花供應(yīng)電能。通過所建議的時間順序,根據(jù)設(shè)計方案的不同獲得了在上述點火系統(tǒng)運行時的不同的優(yōu)勢。
從屬權(quán)利要求示出了本發(fā)明的優(yōu)選的擴展設(shè)計。
信號和至少一個在若干信號之間被發(fā)送給點火系統(tǒng)的控制信號,可以通過一致的信號(例如電線)從發(fā)動機控制器到達點火系統(tǒng)。這是特別簡單的布局,其帶來了材料、成本和重量上的優(yōu)勢。發(fā)動機控制器在點火系統(tǒng)上的連接或兩個單元之間的信息傳遞可以簡單地(例如按現(xiàn)有技術(shù))完成。
控制信號可以基本上具有和各用于確定點火時刻的信號一致的高電平??刂菩盘柨梢詡溥x或附加地相對用于確定點火時刻的信號具有減小的電平,例如所謂的“低電平”,其可以理解為是兩個高電平信號之間的間歇。這簡化了信號的電評估以及提高了相對散播的電磁信號的故障安全性。
升壓轉(zhuǎn)換器的工作方式可以例如通過施加至少一個控制信號的時間點和/或持續(xù)時間受到影響。根據(jù)控制信號(例如通過曲軸角被測量和/或相對用于限定點火時刻的信號被測量)在哪個時間點上被發(fā)送給點火系統(tǒng),可以例如限定升壓轉(zhuǎn)換器的接通時間點、升壓轉(zhuǎn)換器的輸出功率等。高電平或低電平的持續(xù)時間也可以備選或附加地影響升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式。根據(jù)升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式的哪一方面受到控制信號的前述參數(shù)的影響,可以強烈簡化控制信號的評估或直接由控制信號的時間點/持續(xù)時間得出升壓轉(zhuǎn)換器的運行參數(shù)的變化??刂菩盘柕膹V泛的評估可能有利地停止。
升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式可以例如通過邊側(cè)(例如高電平的上升的邊側(cè)和/或高電平的下降的邊側(cè))的(時間的)位置得出??刂菩盘柕墓餐碾娖降膬蓷l邊側(cè)也可以被用來影響升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式。這種評估在電路技術(shù)上特別簡單且能防干擾。
升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式可以備選或附加地受到對多個脈沖的評估的影響,脈沖作為控制信號的一部分被發(fā)送給點火系統(tǒng)。例如可以對脈沖的上升的邊側(cè)和/或下降的邊側(cè)計數(shù)且作為對所求出的數(shù)量的反應(yīng)以預(yù)先限定的方法和方式改變升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式。脈沖的數(shù)量例如可以通過有待輸出的功率電平和/或通過升壓轉(zhuǎn)換器的運行開始相對初級電壓發(fā)生器的接通時間點的時延決定。信息轉(zhuǎn)達的這種方式在電路技術(shù)上也能被簡單地評估且不易故障地實現(xiàn)。
升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式可以備選或附加地根據(jù)至少一個控制信號的高電平的高度受到影響。升壓轉(zhuǎn)換器的能量相關(guān)的參數(shù)(電流、電壓、功率)尤其可以直接通過高電平的高度被調(diào)整。在使用無極的電平時,尤其可以對升壓轉(zhuǎn)換器的輸出參數(shù)作準(zhǔn)確的校準(zhǔn)。
升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式可以例如以在接通初級電壓發(fā)生器和接通升壓轉(zhuǎn)換器之間的時延的形式受到控制信號的影響。升壓轉(zhuǎn)換器的輸出功率可以備選或附加地作為運行方式的參數(shù)加以調(diào)整。功率可以例如通過占空比的調(diào)整和/或升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率加以調(diào)整。升壓轉(zhuǎn)換器的切斷時間點和/或運行開始可以作為運行方式的參數(shù)加以調(diào)整。升壓轉(zhuǎn)換器的運行開始在此可以例如為了抑制接通火花而通過初級電壓發(fā)生器被推遲。在這種情況下,在接通初級電壓發(fā)生器之前或至少同時,借助升壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生與初級電壓發(fā)生器的輸出電壓相反取向的輸出電壓。在火花間隙處,前面提到的電壓因此不同名地重疊,由此抑制了在這個時間點上不受歡迎的點火火花。
當(dāng)然也可以在第一信號和另外的信號之間發(fā)送多個控制信號,以便促進點火系統(tǒng)影響升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式的其它的參數(shù)。運行方式的每一個前述的參數(shù)都可以單獨地和/或與其它參數(shù)組合地通過控制信號的單個邊側(cè)和/或電平和/或數(shù)量和/或持續(xù)時間加以調(diào)整。以這種方式獲得了用于提升裝備有點火系統(tǒng)的內(nèi)燃機的效率以及用于降低內(nèi)燃機的燃耗的廣泛的可能性。換句話說,每一個其另外的控制信號都可以限定升壓轉(zhuǎn)換器或點火系統(tǒng)的前述運行參數(shù)中的一個或多個。
按照本發(fā)明的第二個方面,建議一種用于外源點火的內(nèi)燃機的點火系統(tǒng),該點火系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生點火火花的初級電壓發(fā)生器(例如傳統(tǒng)的點火變壓器)。設(shè)升壓轉(zhuǎn)換器來維持點火火花,升壓轉(zhuǎn)換器在輸出側(cè)處在有火花塞的點火間隙的電的網(wǎng)孔中。此外,在點火系統(tǒng)中設(shè)評估單元和信號輸入端,其中,評估單元被設(shè)置用于,評估通過信號輸入端獲得的信號。因此評估單元被設(shè)置用于,從發(fā)動機控制器接收和評估用于確定觸發(fā)點火火花的預(yù)先確定的點火時刻的信號。評估單元被額外設(shè)置用于,從發(fā)動機控制器接收和評估用于確定觸發(fā)另一個點火火花的另一個預(yù)先確定的點火時刻的信號。按照本發(fā)明,評估單元被進一步設(shè)置用于,在前述的用于確定點火時刻的信號之間從發(fā)動機控制器接收和評估用于影響升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式的控制信號。在進行評估之后,評估單元可以根據(jù)方法來調(diào)整升壓轉(zhuǎn)換器的運行參數(shù),如上文結(jié)合第一個提到的發(fā)明方面詳細(xì)說明的那樣。相應(yīng)地得出了特征、特征組合和由這些特征和特征組合得出的優(yōu)勢。
按照本發(fā)明的第三個方面,建議一種用于控制針對外源點火的內(nèi)燃機的點火系統(tǒng)的發(fā)動機控制器。點火系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生點火火花的初級電壓發(fā)生器和用于維持點火火花的升壓轉(zhuǎn)換器。通過按本發(fā)明的發(fā)動機控制器控制的點火系統(tǒng)例如因此根據(jù)第二個提到的發(fā)明方面進行設(shè)計。發(fā)動機控制器按照本發(fā)明被設(shè)置用于,將用于確定觸發(fā)點火火花的預(yù)先確定的點火時刻的信號在第一工作沖程內(nèi)通過信號輸出端發(fā)送給點火系統(tǒng),以及將用于確定觸發(fā)另一個點火火花的另一個預(yù)先確定的點火時刻的另一個信號通過信號輸出端發(fā)送給點火系統(tǒng)。另一個點火時刻可以例如在720°曲軸角后的工作時間點內(nèi)產(chǎn)生。按照本發(fā)明,發(fā)動機控制器被進一步設(shè)置用于,通過同一個信號輸出端將在一個信號和另一個信號之間用于影響升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式的控制信號發(fā)送給點火系統(tǒng)。發(fā)動機控制器可以以這種方式直接影響在按本發(fā)明設(shè)計的點火系統(tǒng)內(nèi)部的過程。特征、特征組合和由特征和特征組合得出的優(yōu)勢明顯地對應(yīng)結(jié)合前述發(fā)明方面的特征、特征組合和優(yōu)勢,從而為了避免重復(fù)而參考上述實施方案。
按照本發(fā)明的第四個方面,建議一種系統(tǒng)或裝置,其具有按第二個提到的發(fā)明方面所述的點火系統(tǒng)和按第三個提到的發(fā)明方面所述的發(fā)動機控制器。發(fā)動機控制器的信號輸出端在信息技術(shù)上與點火系統(tǒng)的信號輸入端連接,因而可以在效率、燃耗、電極腐蝕和其它參數(shù)方面廣泛地優(yōu)化這樣裝備的內(nèi)燃機。換句話說,按本發(fā)明的裝置被設(shè)置用于,實施按第一個提到的發(fā)明方面所述的方法。
附圖說明
接下來參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。附圖中:
圖1是按照按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的第一個實施例的電路圖;
圖2是在實施按本發(fā)明的方法的實施例時,在運行按本發(fā)明的裝置的實施例時信號和控制信號的時間圖表;
圖3示出了升高的點火電壓對按本發(fā)明設(shè)計的點火系統(tǒng)的必需的功率水平的影響;以及
圖4是闡明按本發(fā)明的方法的實施例的步驟的流程圖。
具體實施方式
圖1示出了點火系統(tǒng)1的電路,點火系統(tǒng)包括升壓變壓器2作為高壓發(fā)生器,升壓變壓器的初級3可以由電的能量源5通過第一開關(guān)30被供以電能。升壓變壓器2的次級4通過初級線圈8和次級線圈9的電感耦合被供以電能且具有由現(xiàn)有技術(shù)公知的用于抑制接通火花的二極管23,其中,這個二極管23可以備選由二極管21替代。在有次級線圈9和二極管23的網(wǎng)孔中設(shè)有接地線14的火花間隙6,點火電流i2應(yīng)當(dāng)通過該火花間隙點燃能燃燒的混合物。按照本發(fā)明,升壓轉(zhuǎn)換器7設(shè)置在電的能量源5和升壓變壓器2的次級4之間。為此,電感15通過開關(guān)22和二極管16與電容器10連接,電容器的一端連接在次級線圈9上以及電容器的另一端連接在地線14上。電感在此用作蓄能器,以便維持電流。二極管16沿著電容器10的方向?qū)щ姷厝∠?。在電容?0和次級線圈9之間設(shè)有分流器19作為電流測量工具或電壓測量工具,它的測量信號被輸送給開關(guān)22以及開關(guān)27。開關(guān)22、27以這種方式被設(shè)置用于,對通過次級線圈9的電流強度i2的限定的范圍作出反應(yīng)。開關(guān)22的面朝二極管16的端子能夠通過另一個開關(guān)27與地線14連接。為了給電容器10上保險,齊納二極管21沿截止方向與電容器10并聯(lián)。此外示出了開關(guān)信號28、29,可以借助開關(guān)信號來控制開關(guān)22、27。開關(guān)信號28表示針對整個點火循環(huán)都接通和 “保持閉合”,開關(guān)信號29則概述了在“閉合”和“打開”之間的一個時間相同的交變信號。在開關(guān)22閉合時,電感15通過電的能量源5被供以電流,電流在開關(guān)22、27閉合時直接流入地線14。在開關(guān)27打開時,電流通過二極管16被導(dǎo)到電容器10。作為對流入電容器10的電流的反應(yīng)而產(chǎn)生的電壓相加成通過升壓變壓器2的次級線圈9下降的電壓,由此支持在火花間隙6處的電弧。但電容器10在此放電,因而通過閉合開關(guān)27可以將能量帶到電感15的磁場中,以便在重新打開開關(guān)27時將這個能量又充到電容器10上??梢钥吹皆O(shè)置在初級3中的開關(guān)30的控制31明顯保持得比針對開關(guān)22和27的情形更短。因為開關(guān)22不為按本發(fā)明的過程承擔(dān)起任何重要的功能,而是僅接通或切斷電路,所以這個開關(guān)僅是可選的且因此也可以取消。此外示出了帶信號輸出端44的發(fā)動機控制器40,用于確定觸發(fā)點火火花的預(yù)先確定的點火時刻的用SCEI標(biāo)注的信號以及用于按本發(fā)明影響升壓轉(zhuǎn)換器7的運行方式的控制信號,通過該發(fā)動機控制器被發(fā)送給裝備有信號輸入端43的評估單元42。發(fā)動機控制器40可以以這種方式廣泛地影響初級電壓發(fā)生器2的以及升壓轉(zhuǎn)換器7的開關(guān)狀態(tài)。
圖2示出了針對升壓轉(zhuǎn)換器(P1、P2、P3)的三個不同的期望的輸出功率的、由發(fā)動機控制器發(fā)送給按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的信號SCEI的時間變化。其中示出了升壓轉(zhuǎn)換器的接通信號SHSS,接通信號由在其上示出的時間變化得出。繪出了在時間內(nèi)電流I1通過高壓發(fā)生器的點火線圈的初級的時間變化、火花電流I2和升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓UHSS。在例子中限定了在控制信號t1的持續(xù)時間內(nèi)的滯后時間,滯后時間流逝在點火變壓器電流(通過初級電壓發(fā)生器的初級側(cè)的電流I1)的接通和升壓轉(zhuǎn)換器的接通之間。因為升壓轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)的電壓逐漸接近靜態(tài)的電平,所以可以以這種方式例如控制在點火時刻內(nèi)火花間隙處的功率輸出值的高度??梢钥吹?,在具有低電平的控制信號t2的持續(xù)時間內(nèi),控制升壓轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)的功率級,火花電流I2在點火時刻之后作為對該輸出側(cè)的功率級的反應(yīng)呈現(xiàn)三種不同的時間變化。在此假定理想化的燃燒室條件和首先恒定不變的火花點火電壓。在減小了持續(xù)時間t6的持續(xù)時間t3中,確定了點火變壓器的通電的持續(xù)時間。換句話說,確定了點火變壓器的閉合時間(“點火時刻”)??刂菩盘杢3的下降的邊側(cè)的位置因此尤其限定了曲軸角上方點火時刻的位置??刂菩盘杢4的低電平可以被用于控制點火系統(tǒng)的或升壓轉(zhuǎn)換器的不同的參數(shù)。例如可以在控制信號t4的持續(xù)時間內(nèi)預(yù)定用于升壓轉(zhuǎn)換器的功率變化方法的類型。例如可以根據(jù)持續(xù)時間選擇或調(diào)整升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率和/或占空比。最后,通過開關(guān)信號t5和特別是該開關(guān)信號的下降的邊側(cè)t5確定了升壓轉(zhuǎn)換器的切斷時間點??梢钥吹近c火電流I2從這個時間點起迅速下降,直至點火火花熄滅??梢钥吹剑诳刂菩盘杢2和t3之間的上升的邊側(cè)可選也限定了針對持續(xù)時間的升壓變壓器的開關(guān)運行的啟動點,通過該啟動點避免了點火系統(tǒng)的輸出側(cè)的電壓過高,即,升壓轉(zhuǎn)換器針對持續(xù)時間運行直至達到預(yù)限定的電壓閾值UHSSmax。在初級的電流I1接通的時刻,升壓轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)的電壓UHSS急劇下降。但在火花間隙處的電壓保持在一個范圍內(nèi),在該范圍內(nèi)不可能發(fā)生不期望的點火。在示例中,升壓轉(zhuǎn)換器的功率級選擇至50%、75%和100%。用于基于按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的周邊環(huán)境的電磁的激勵減小不期望的干涉的可行方案在于,通過信號t4調(diào)整升壓轉(zhuǎn)換器的頻率范圍。通過恰當(dāng)?shù)剡x擇控制信號t1至t6或設(shè)定控制信號t1至t6的大小,可以額外實現(xiàn)一種單火花運行(沒有升壓轉(zhuǎn)換器的運行),即,在決定用于產(chǎn)生點火火花的少量的能量需求的燃燒室條件下控制混合物點火。
例如可以使用控制信號t1和/或t2用于相應(yīng)的控制。倘若單火花運行被用于給保留在點火間隙處的剩余電壓有針對性地放電,那么可以使用控制信號,以便在缺乏燃燒室內(nèi)能點著的混合物時產(chǎn)生用于給火花間隙放電的能導(dǎo)電的火花間隙。這一點可以例如由此發(fā)生,即,選擇在預(yù)定的極限的范圍內(nèi)的控制信號t1,在接收該信號時,點火系統(tǒng)識別到,控制信號t1處在預(yù)定的間隔外。作為對這種輸入值的反應(yīng),點火系統(tǒng)在一個時間點產(chǎn)生了放電火花,在該時間點中在燃燒室中不存在能點著的混合物,由此使留在點火系統(tǒng)內(nèi)的剩余能量下降,而不會引起對內(nèi)燃機的損傷。例如單火花運行或熄弧火花也可以通過控制信號t2產(chǎn)生,該控制信號不是為了升壓轉(zhuǎn)換器的功率水平而預(yù)先限定的。換句話說,t2的對功率調(diào)整無效的值通過點火系統(tǒng)被假定為是用于著手單火花運行或用于產(chǎn)生熄弧火花的信號。點火系統(tǒng)原則上根據(jù)傳統(tǒng)的感應(yīng)式點火線圈運行。這就是說,點火線圈一次通過初級側(cè)的通電被供以能量,這些能量被用來建立高壓且在完成點火之后,保留儲存在電壓發(fā)生器的電感內(nèi)的磁能量被輸出給火花間隙。
圖3示出了升壓轉(zhuǎn)換器的必需的功率級與火花點火電壓Ubrenn的相關(guān)性?;鸹c火電壓Ubrenn在時間內(nèi)基本上線性地上升。在升壓轉(zhuǎn)換器的功率級為50%時,點火電流Ifu50強烈下降,直至它達到最小值Imin。作為對此的反應(yīng),按本發(fā)明的控制信號促進升壓轉(zhuǎn)換器的功率級提高到75%,由此使引起的火花電流Ifu75跳回到穩(wěn)定的范圍?;鸹ㄈ紵妷篣brenn的進一步的提高再一次導(dǎo)致了電流減小到電流的最小值Imin,作為對此的反應(yīng),到點火系統(tǒng)的按本發(fā)明的控制信號將升壓轉(zhuǎn)換器的功率級確定到了100%,作為對此的反應(yīng),火花電流Ifu100再一次跳轉(zhuǎn)到一個穩(wěn)定的值。
圖4示出了按本發(fā)明的用于控制外源點火的內(nèi)燃機的點火系統(tǒng)的方法的一個實施例的若干步驟,所述點火系統(tǒng)帶有用于產(chǎn)生點火火花的初級電壓發(fā)生器和用于維持點火火花的升壓轉(zhuǎn)換器。在步驟100中,通過將信號從發(fā)動機控制器發(fā)送給點火系統(tǒng)開始方法,其中,信號確定了用于觸發(fā)第一點火火花的預(yù)先確定的點火時刻。在步驟200中,控制信號為了影響升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式而被從發(fā)動機控制器發(fā)送給點火系統(tǒng)??梢岳甾D(zhuǎn)達用于交叉初級電壓發(fā)生器的和升壓轉(zhuǎn)換器的運行方式的信息、有待使用的功率級和接通火花抑制功能。用于按本發(fā)明有待影響的運行參數(shù)的其它可行方案在上文中也被大量提到。在步驟300中,另一個信號由發(fā)動機控制器發(fā)送給點火系統(tǒng),通過這個信號確定了用于觸發(fā)點火火花的預(yù)先確定的另一個點火時刻。以這種方式可以簡單地控制包括初級電壓發(fā)生器和高壓發(fā)生器的點火系統(tǒng)的運行且能簡單地構(gòu)造點火系統(tǒng)本身。
即使按本發(fā)明的方面和有利的實施形式借助結(jié)合附圖闡釋的實施例被詳細(xì)說明,對技術(shù)人員來說,所示實施例的特征的修正和組合也是可行的,而不會脫離本發(fā)明的范疇,本發(fā)明的保護范疇由所附權(quán)利要求限定。