BR102012020987A2

BR102012020987A2 - Processo para operar um sistema de ignição hf

Info

Publication number: BR102012020987A2
Application number: BR102012020987A
Authority: BR
Inventors: Steffen Bohne; Martin Trump
Original assignee: Borgwarner Beru Systems Gmbh
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2013-10-22
Also published as: US20130049601A1; JP2013044330A; DE102011053169A1; US9062648B2; JP5975787B2; CN102953897A; CN102953897B; DE102011053169B4

Abstract

PROCESSO PARA OPERAR UM SISTEMA DE IGNIÇÃO HF. A invenção refere-se a um processo para operação de um sistema de ignição HF, em que a energia elétrica, para gerar uma descarga coroa é alimentada com um pulso de tensão no sistema de ignição HF, e uma série de valores medidos de uma variável elétrica é medida, durante o pulso de tensão, e os valores menidos são avaliados para detectar maus funcionamentos. Proporciona-se, de acordo com a invenção, que os valores medidos são avaliados por determinação de uma variável característica para a faixa de flutuação da mesma, e comparação da variável característica determinada com um limiar, ou em que, por meio de uma transformação da dita série, o espectro de frequência da dita série é calculada, e é checada para pelo menos uma faixa de frequência, se um limiar for excedido.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA OPERAR UM SISTEMA DE IGNIÇÃO HF".

Descrição

A invenção refere-se a um sistema de ignição para inflamar combustível em um motor de veículo, por meio de uma descarga coroa. Es- ses sistemas de ignição são chamados usualmente sistemas de ignição co- roa ou HF. A invenção se refere a um processo para operação de um siste- ma de ignição HF, para inflamação de combustível em um motor de veículo, por meio de uma descarga coroa. Um processo, com as características es- pecificadas no preâmbulo da reivindicação 1, é conhecido do pedido de pa- tente DE 10 2008 061 788 A1. Um sistema de ignição HF e um processo para operação do mesmo são também conhecidos do pedido de patente EP 1 515 594 A2.

Os sistemas de ignição HF usam um conversor de tensão, por exemplo, um transformador, para gerar alta-tensão de uma tensão a bordo, cuja alta-tensão é usada para excitação HF de um circuito ressonante, ao qual o eletrodo de ignição é conectado. Desse modo, os sistemas de ignição HF têm um conversor de tensão, que tem um lado de entrada, para conexão à rede energética a bordo de um veículo, e um lado de saída, que é conec- tado a um circuito ressonante elétrico, para excitação HF de um eletrodo de ignição. A freqüência de ressonância do circuito ressonante varia, normal- mente, entre 30 kHz e 10 MHz. A tensão alternada atinge, tipicamente, valo- res no eletrodo de ignição entre 30 kV e 500 kV.

A inflamação de combustível por meio de descargas coroa é uma alternativa às velas de ignição, que promovem a ignição de uma des- carga em arco e são submetidas a um desgaste significativo, devido à quei- ma do eletrodo. As ignições coroa têm o potencial de economias significati- vas em custo e aperfeiçoamento de combustão de combustível. No entanto, à parte da descarga coroa desejada, é também possível que dentro do con- texto de maus funcionamentos, ocorram descargas a arco, de faísca ou des- lizante.

É um objeto da invenção mostrar um modo de como esses mau funcionamentos podem ser detectados.

Este objeto é atingido por um processo para operação de um sistema de ignição HF, enquanto o motor está funcionando, compreendendo as características descritas na reivindicação 1, e por um processo para ope- ração de um sistema de ignição HF1 de acordo com a reivindicação 6, en- quanto um motor, no qual combustível é inflamado por uma descarga coroa, produzida pelo sistema de ignição HF, está funcionando. Os refinos vantajo- sos da invenção são a matéria das subreivindicações.

No processo de acordo com a invenção, energia elétrica é ali- mentada com um pulso de tensão no sistema de ignição HF, para gerar uma descarga coroa. Durante a duração do pulso de tensão, uma série de medi- das de uma variável elétrica, por exemplo, a tensão secundária, gerada por um conversor de tensão do pulso de tensão, é feita. Os valores medidos são avaliados para detectar maus funcionamentos. Se um mau funcionamento for detectado, um sinal de erro é gerado, que, de preferência, reduz a ener- gia alimentada com um pulso de tensão subsequente no sistema de ignição HF, para inflamação de uma outra descarga coroa. Por exemplo, a duração e/ou a tensão do pulso de tensão pode ou podem ser reduzidas. No entanto, o sinal de erro pode ser também registrado como um sinal de alerta ou erro à unidade de controle de motor, e/ou pode ser armazenado em um armaze- namento, que pode ser lido, por exemplo, para trabalho de manutenção.

Os maus funcionamentos dos sistemas de ignição HF são base- ado, em um alto grau, no fato de que em vez de uma descarga coroa, uma descarga de faísca ou uma descarga deslizante ocorre, ou que, durante uma descarga coroa, uma descarga de faísca ou deslizante se forma. Essas des- cargas podem ocorrer no eletrodo de ignição, como descargas externas, em vez de uma descarga coroa, mas também, internamente, no caso de defei- tos dentro do sistema de ignição HF. Esses maus funcionamentos podem ser detectados com base em uma curva característica de uma variável elé- trica, que é medida durante uma descarga, ou durante o pulso de tensão alimentado ao sistema de ignição HF, para gerar uma descarga coroa. Para detecção de maus funcionamentos, em particular, a intensidade da corrente elétrica e/ou da tensão pode ou podem ser medidas. No entanto, como uma alternativa, outras variáveis elétricas, por exemplo, a freqüência de impe- dância ou a freqüência de ressonância, de um circuito ressonante elétrico, incluído no sistema de ignição HF, podem ser medidas.

Dentro do contexto da invenção, verificou-se que como um pré-

estágio de maus funcionamentos sérios, em particular, descargas internas de faísca e deslizante, flutuações periódicas da tensão secundária, isto é, a alta-tensão gerada pelo sinal de erro ou outras variáveis elétricas, ocorrem freqüentemente. De acordo com a invenção, a ocorrência dessas flutuações é registrada para que seja possível detectar maus funcionamentos já em um estágio inicial.

Um aspecto da presente invenção se refere a um processo no qual uma variável característica para a faixa de flutuação dos valores medi- dos é determinada, e a variável característica é comparada a um limiar pre- determinado. Se a variável característica da faixa de flutuação exceder o limiar, um mau funcionamento é considerado e um sinal de erro é gerado. Como uma variável característica da faixa de flutuação dos valores medidos, o seu desvio padrão pode ser usado.

Um segundo aspecto da invenção se refere à outra possibilidade para detectar flutuações periódicas de medidas elétricas, e, desse modo, detectar maus funcionamentos emergentes. De acordo com a invenção, os valores medidos são avaliados por cálculo de um espectro de freqüências da série de valores medidos, por exemplo, por meio de uma transformação de tempo - freqüência, por exemplo, uma transformação de Fourier uma trans- formação de ondinha, e por cheque subsequente, para pelo menos uma fai- xa de freqüência, se um limiar for excedido. Se esse for o caso, um sinal de erro é gerado. Flutuações periódicas das medidas elétricas ocorrem, na maior parte dos casos, com freqüências características. Para detectar um mau funcionamento, é, portanto, normalmente suficiente checar uma única freqüência ou umas poucas faixas de freqüências, nas quais as freqüências residem, que são características de maus funcionamentos. É possível usar no presente relatório descritivo diferentes limiares para diferentes faixas de freqüências. No entanto, prefere-se usar um limiar uniforme para todas as faixas de freqüências a serem avaliadas.

São particularmente informativos para a presença de maus fun- cionamentos de um sistema de ignição HF os valores medidos, que são me- didos durante uma parte intermediária do pulso de tensão, que, para gerar uma descarga coroa, é alimentado ao sistema de ignição HF.

Durante uma parte inicial e uma final do pulso de tensão, as va- riáveis elétricas características variam consideravelmente. Mesmo durante uma operação falha de um sistema de ignição HF, uma descarga coroa o- corre durante a parte inicial do pulso de tensão, e a descarga coroa se extin- gue, durante uma parte final do pulso de tensão. Corrente, tensão e outras variáveis elétricas variam significativamente, quando a descarga coroa se inflama e se extingue. Em comparação, em um sistema de ignição HF fun- cionando adequadamente, uma parte intermediária de pulso de tensão é bastante caracterizada por condições constantes. Portanto, a parte interme- diária do pulso de tensão é adequada em uma maneira particularmente van- tajosa para detecção de maus funcionamentos potenciais.

Antes, a parte intermediária representa uma parte inicial, que é caracterizada pelo aumento da tensão e respostas transientes. Após a res- posta transiente da tensão secundária, que é gerada por alimentação do pulso de tensão, ocorrem condições bem constantes, durante uma operação falha.

De preferência, a variável elétrica é medida no lado de alta- tensão do sistema de ignição HF. Os sistemas de ignição HF têm um lado de rede de energia a bordo e um lado de alta-tensão, em que, entre o lado de rede de energia a bordo e lado de alta-tensão, um conversor de tensão é disposto, que, de uma tensão a bordo, gera uma alta-tensão, como uma ten- são secundária, de preferência, uma tensão de pelo menos 15 kV, particu- larmente, pelo menos 30 kV, em particular pelo menos 50 kV. Descargas deslizantes ou descargas de faísca podem ser, em princípio, também detec- tadas por medidas no lado de rede de energia a bordo; embora, apareçam mais claramente em variáveis elétricas, que são medidas no lado de alta- tensão. O lado de alta-tensão pode compreender um circuito intermediário, no qual as variáveis elétricas podem ser medidas em uma maneira vantajo- sa.

Os maus funcionamentos de um sistema de ignição HF1 tais co- mo descargas de faísca ou descargas deslizantes, podem ser baseados no fato de que, para gerar uma descarga coroa, energia em demasia tem que ser alimentada. O mau funcionamento pode ser eliminado, em muitos casos, se, por detecção de um mau funcionamento, a energia alimentada ao siste- ma de ignição HF, com um pulso de tensão seguinte, for reduzida. No entan- to, pode também acontecer que um mau funcionamento, por exemplo, uma descarga deslizante, seja baseado em um defeito no sistema de ignição HF. Prefere-se, portanto, em um processo de acordo com a invenção predeter- minar um limiar menor para a energia alimentada com um pulso de tensão no sistema de ignição HF, e gerar um sinal de erro, se, naquele menor limiar, um mau funcionamento do sistema de ignição HF for detectado. O sinal de erro pode ser, por exemplo, uma mensagem a uma unidade de controle de motor (ECU) ou a uma memória de erro OBD. Se uma descarga de faísca ou uma descarga deslizante ocorrer mesmo durante um pulso de tensão com essa baixa energia, pode-se, usualmente, considerar que o sistema de igni- ção HF está defeituoso e deve ser substituído ou reparado o mais cedo pos- sível. O limiar inferior é, de preferência, especificado de modo que a energia correspondente seja suficiente para gerar uma descarga coroa, e, desse modo, suficiente para pelo menos uma função limitada do sistema de ignição HF.

Devido que superposições de freqüência, por exemplo, da fre-

qüência de ressonância, podem provocar avaliações incorretas, filtragem pode ser conduzida antes da avaliação efetiva. A filtração da curva da variá- vel elétrica medida por uma faixa de freqüência, por exemplo, em torno da freqüência de ressonância, permite que sejam analisados os valores extre- mos ou as ondas superiores, que são característicos para a avaliação, em detalhes e separadamente.

É possível especificar períodos de tempos predeterminados para a parte inicial do pulso de tensão e a parte final do pulso de tensão, por e- xemplo, por medida dos valores elétricos medidos em intervalos de tempo constantes, e por exclusão de um número específico de valores medidos, no início e no final da série. De preferência, além da parte intermediária do pul- so de tensão, os valores, durante uma parte inicial ou uma parte final do pul- so de tensão, são também considerados para a avaliação. Por exemplo, é possível especificar para a parte inicial e/ou a parte final, em todos os casos, uma diferente faixa alvo para a derivação de tempo da variável elétrica.

Outros detalhes e vantagens da invenção são explicados abaixo com referência às figuras em anexo.

A figura 1 mostra esquematicamente um exemplo da curva de tensão, durante uma descarga coroa em um sistema de ignição HF falho.

A figura 2 mostra esquematicamente um exemplo da curva de tensão, durante um pré-estágio de uma descarga de faísca ou deslizante interna.

A figura 1 ilustra esquematicamente a curva típica da tensão, no lado de alta-tensão, de um sistema de ignição HF, durante uma descarga coroa. Na figura 1, bem como na figura seguinte, a tensão é representada graficamente em todos os casos como a tensão média eficaz da tensão al- ternada, aplicada como uma tensão secundária no eletrodo de ignição do sistema de ignição HF. A tensão alternada tem, de preferência, uma fre- qüência entre 30 kHz e 10 MHz, em particular de 3 a 6 MHz. Uma curva de tensão correspondente pode ser também medida em um circuito intermediá- rio.

A curva de tensão, ilustrada na figura 1, é gerada por alimenta-

ção de um pulso de tensão no lado de energia a bordo do sistema de ignição HF. Com o início do pulso de tensão, alimentado ao lado de energia a bordo, no tempo t = 0, a tensão no lado de alta-tensão do sistema de ignição HF começa a aumentar. Após uma parte inicial do pulso de tensão, uma des- carga coroa bem estacionária é obtida no tempo ta. Durante uma parte in- termediária subsequente do pulso de tensão, a tensão dificilmente varia e tem, tipicamente, um valor entre 30 kV e 500 kV. Dependendo do ponto ope- racional da corrente do motor, essa tensão pode ter também valores abaixo de 30 kV, por exemplo, apenas 15 kV.

Durante uma parte final do pulso de tensão, a tensão média efi- caz fica abaixo do valor de platô atingido previamente. A parte inicial do pul- so de tensão dura de t = 0 a ta. A parte intermediária do pulso de tensão dura de ta a tb- Para evitar medidas incorretas, provocadas pela queda de tensão, pode ser vantajoso avaliar, como uma parte intermediária, apenas um inter- valo de tempo que termina em um intervalo de tempo At, antes do tempo tb.

A figura 2 mostra esquematicamente um exemplo da curva de tensão no lado de alta-tensão do sistema de ignição HF, como pode surgir durante um pré-estágio de uma descarga de faísca ou deslizante interna. Como pode-se notar, a curva de tensão é caracterizada por flutuações peri- ódicas, durante a parte de tensão intermediária. Nesses casos, uma descar- ga coroa, útil para inflamação de combustível em um motor, é gerada; embo- ra, haja um maior risco de que uma descarga de faísca ou deslizante mais forte, pronunciada, e, desse modo, um mau funcionamento grave, sejam formados, o que pode resultar em destruição do sistema de ignição HF. Esse risco pode ser neutralizado, em muitos casos, por redução da energia ali- mentada com um pulso de tensão subsequente no sistema de ignição HF, para inflamação de uma outra descarga coroa.

As flutuações periódicas dos valores medidos, ilustrados η a fi- gura 2, resultam em que a série de valores medidos flutua dentro de uma faixa significativamente mais ampla do que é o caso para a curva ideal ilus- trada na figura 1. O mau funcionamento emergente pode ser, portanto, de- tectado por determinação de uma variável característica para a faixa de flu- tuação dos valores medidos e comparação da dita variável característica determinada com um limiar. Se a variável característica excede o limiar, um sinal de erro é gerado. A variável característica para a faixa de flutuação po- de ser, por exemplo, o desvio padrão dos valores medidos. O limiar pode ser predeterminado como um valor absoluto, ou pode ser calculado por multipli- cação de uma constante por um valor alvo no qual a tensão secundária é ajustada controlavelmente. As flutuações indicando um mau funcionamento podem ser tam- bém detectadas pelo fato de que uma transformação de tempo - freqüência da série de valores medidos, por exemplo, uma transformação de ondinha ou uma transformação de Fourier, é calculada. O resultado da transformação de tempo - freqüência mostra o espectro de freqüência das flutuações ocor- rendo durante a parte intermediária do pulso de tensão, entre ta e tb. Por checagem para pelo menos uma faixa de freqüência do espectro de fre- qüências calculado, se um limiar for excedido, pode-se determinar se os va- lores medidos da série variam com uma freqüência, que é característica para um mau funcionamento ocorrendo. A faixa de freqüência monitorada é, de preferência, abaixo da freqüência da tensão alternada do sistema de ignição HF, gerada como uma tensão secundária. Particularmente, a faixa de fre- qüência monitorada é abaixo da freqüência da tensão alternada, em particu- lar, abaixo de um décimo da freqüência da tensão alternada.

Claims

1. Processo para operação de um sistema de ignição HF1 em que energia elétrica, para alimentar uma descarga coroa, é alimentada com um pulso de tensão no sistema de ignição HF, e uma série de valores medi- dos de uma variável elétrica é medida durante o pulso de tensão, e os valo- res medidos são avaliados para detectar maus funcionamentos, caracteriza- do pelo fato de que os valores medidos são avaliados por determinação de uma variável característica para a faixa de flutuação da mesma, e compara- ção da dita variável característica determinada com um limiar, e um sinal de erro é gerado se a variável característica exceder o limiar.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a variável característica é o desvio-padrão.

3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que o sinal de erro faz com que a energia alimentada com um pulso de tensão subsequente na ignição HF, para igni- ção de um sistema de descarga coroa, seja reduzida.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que a variável característica da faixa de flutuação, para os valores medidos, medidos durante uma parte intermediá- ria do pulso de tensão, é determinada.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a parte intermediária começa após uma resposta transiente de uma tensão secundária, que é gerada por alimentação do pulso de tensão.

6. Processo para operação de um sistema de ignição HF, em que energia elétrica, para alimentar uma descarga coroa, é alimentada com um pulso de tensão no sistema de ignição HF, e uma série de valores medi- dos de uma variável elétrica é medida durante o pulso de tensão, e os valo- res medidos são avaliados para detectar maus funcionamentos, caracteriza- do pelo fato de que os valores medidos são avaliados por cálculo de um es- pectro de freqüência por meio de uma transformação, e é subseqüentemen- te checado para pelo menos uma faixa de freqüência do espectro de fre- qüência calculado, se um limiar for excedido, e, se este for o caso, um sinal de erro é gerado.

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a série de valores medidos é filtrada antes da transformação.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que o sistema de ignição HF tem um lado de rede de energia a bordo e um lado de alta-tensão, em que, entre o lado de rede de energia a bordo e o de alta-tensão, um conversor de tensão é disposto que, de uma tensão a bordo, gera uma alta-tensão, de preferência, uma tensão de pelo menos 15 kV, e em que a variável elétrica é medida no lado de alta-tensão do sistema de ignição HF.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que como uma variável elétrica, corrente e/ou tensão é/ são medida(s).

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um limiar mais baixo para a ener- gia, alimentada com um pulso de tensão ao sistema de ignição HF1 é prede- terminada, e um sinal de aviso é gerado, se, durante um pulso de tensão, cuja energia é igual ou abaixo do limiar mais baixo, um mau funcionamento do sistema de ignição HF for detectado.