CN102678424A - 用于确定火花塞的电极磨损的方法及所属设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定内燃机的火花塞(2)的电极(4)的磨损的方法。在内燃机连续运行时确定，表征火花塞(2)的点火的调节参数或者运行参数的实际值是否已经达到预定的阈值，并且在确定达到阈值的情况下激活信号发生器(3)。

Description

用于确定火花塞的电极磨损的方法及所属设备
技术领域
本发明涉及用于确定内燃机的火花塞的电极磨损的方法。此外本发明涉及本方法的应用以及用于执行本方法的设备。
背景技术
为在具有强迫点火的内燃机中引入点火，尤其在大功率煤气发动机中，但是也例如在汽车发动机中，要在火花塞的电极之间产生点火火花。通过适合的火花燃烧持续时间释放为成功的、亦即既不过短也不过长的点火过程所需要的点火能量。然而由于热影响、沉积、腐蚀或者其他磨损现象，在火花塞运行期间随时间流逝电极的间隔变化。该间隔例如可能由于热影响而扩大或者还例如由于沉积或者机械损伤而缩小。在电极间隔扩大的情况下需要提高点火能量，以获得为点火所需要的火花燃烧持续时间。相反在电极间隔缩小的情况下需要减小点火能量，以实现希望的火花燃烧持续时间。如果电极间隔达到磨损上限或者磨损下限，则不再能够把火花燃烧持续时间调节到为点火所需要的额定值。因此需要更换火花塞。
根据现有技术已知也用于多缸发动机的用于火花塞选择地识别点火失效的方法，例如参见DE 4437480C1或者DE 102005046955B3，另外已知用于例如通过调节火花燃烧持续时间来调节点火过程的方法，例如参见AT 504369B1或者EP 1199470B1。相反电极磨损的确定根据现有技术借助适合的火花塞量规、亦即通过测量电极间隔来进行。该间隔测量方法花费大，而且尤其是具有不能对运行的发动机执行的缺点。因此在能够检查并且必要时识别电极磨损之前，内燃机的停运不可避免。因此定期执行的检查维护对于内燃机的用户来说，即使在尚未有决定性的火花塞磨损存在的情况下也会带来时间的和成本的花费。
发明内容
因此本发明的任务在于，实现一种用于确定火花塞的电极磨损的方法，该方法使得能够在发动机运行时确定电极磨损，此外应该实现一种用于执行本方法的设备。
在方法方面本发明用根据权利要求1的特征解决该任务。本方法的有利的改进在另外的权利要求中说明。本方法的应用在权利要求8中说明。在设备方面该任务通过根据权利要求9的特征解决，该设备的有利的改进在另外的权利要求中说明。
根据本发明建议，通过在内燃机的连续运行时确定表征火花塞的点火的调节参数或者运行参数的实际值是否达到预定的阈值，并且当达到该阈值时激活信号发生器，来确定内燃机的火花塞的电极磨损。
因此根据本发明，检验一个或者多个表征导致内燃机的符合规定的点火的调节参数或者运行参数是否位于预定的值范围内，亦即例如是否大于最小值或者小于最大值，由此能够执行成功的点火。这一认识被利用来确定火花塞的磨损极限的达到。
如果达到所述阈值，则这一点通过信号发生器告知用户。
根据本发明的一个优选的实施方式，作为表征的调节参数或者运行参数使用火花燃烧持续时间和/或为符合规定的点火所需要的点火能量。火花燃烧持续时间的数量随点火能量的数量而变化。如果点火能量增大，则火花燃烧持续时间增长，反之亦然。由此可以借助点火能量来调节火花燃烧持续时间。
因此对于点火过程可以为火花燃烧持续时间预定希望的额定值，接着可以借助点火能量的影响把火花燃烧持续时间调节到该额定值。在点火过程中的实际的火花燃烧持续时间是运行参数的一个例子。因此在每一个点火过程中火花燃烧持续时间的实际值作为运行参数相应于事先预定的火花燃烧持续时间的额定值，也就是说火花燃烧持续时间的额定值作为调节参数。因此火花塞的电极间隔的改变可以通过点火能量的改变来考虑。也就是说火花燃烧持续时间依赖于点火能量和电极间隔。
如果火花塞的电极间隔不超过预定的最小阈值，并且如果点火能量例如不能通过影响点火线圈的调整值来减小到使得为符合规定的点火产生足够短的火花燃烧持续时间的程度，则必须更换该火花塞。由此达到点火能量的值范围的最小值。
相反如果火花塞的电极间隔超过预定的最大阈值，并且如果点火能量不能扩大到使得为符合规定的点火产生足够长的火花燃烧持续时间的程度，则同样必须更换该火花塞。因此这些参数中的一个或者两个适合用于识别火花塞是否达到磨损极限，并且能够以这种方式被使用。
可以取决于至少一个表征内燃机和/或通过内燃机驱动的设备的运行状态的调节参数和/或运行参数来设定表征火花塞的点火的调节参数或者运行参数的阈值。可以找到应用的内燃机的运行状态的运行参数例如是负荷。为确定的负荷预定点火能量的阈值。如果负荷升高，则为运行需要更长的火花燃烧持续时间。这意味着，为符合规定的点火所需要的点火能量的无论是最小阈值还是最大阈值都升高，因为为符合规定的点火所需要的点火能量的值范围升高。如果负荷减小，则值范围窗口相应地向点火能量的更低的值移动。
被驱动的设备的一个例子是由内燃机驱动的涡轮机，它的表征的调节参数和/或运行参数对于点火的调节参数或者运行参数的阈值窗口有影响。
在达到阈值时优选激活用信号通知内燃机的用户火花塞已经达到预定的磨损阈值的信号发生器。以这种方式，一旦确定达到阈值就直接通知用户必须更换火花塞，而不必为确定磨损界限而中断内燃机的运行。尤其在稳定的发动机的情况下这是对于在根据需要决定的更换时间间隔方面的维护策略的一种决定性的改进。如果把磨损阈值设定在一个适合的值，则在用户被告知达到阈值后，给他留有足够的时间计划在一个适合的时间点更换火花塞并且关心此事。
根据本发明的一种优选的实施方式，确定在表征火花塞的点火的调节参数或者运行参数的实际值和阈值之间的差，并且借助信号发生器将该差在确定的时间点或者连续地传送给内燃机的用户。由此能够告知用户电极间隔发展的趋势。
如果存在最大的阈值，则为了确定该差例如从该阈值中减去实际值。只要该差是正的，则尚未达到该阈值。极小的或者负的差表示达到该阈值。反之如果存在最小的阈值，则从实际值中减去该阈值，正的差再次表示尚未达到该阈值。本发明也附带包含刚才说明的这一差形成的变型。优点在于，在预定的时间点或者连续地通知用户火花塞距达到阈值还有多远。
因此用户在设定的时间点或者任何时间都能够准确地监视火花塞的质量。由此为用户长期呈现更换火花塞的时间点。该附加的信息可以影响使用内燃机的长期计划。由此在引入要求权利的本方法的情况下内燃机的使用效率提高。一个决定性的竞争优点在于运行成本更小，因为可以更长时间地使用火花塞，因为能够更好地估计故障的风险。
根据一种优选的实施方式，为火花燃烧持续时间和/或点火能量预定最小的阈值以及最大的阈值。火花燃烧持续时间和/或点火能量的实际值在每次点火过程前或进行期间采集，并且在确定该实际值已经达到最小的阈值或者最大的阈值时激活信号发生器。以这种方式既考虑火花塞的电极间隔由于磨损可能减小的事实，也考虑电极间隔在运行期间扩大的可能性。由此火花塞能够达到正的或者负的磨损极限，并且这两种差界限值都借助本方法进行监视。
优选通过取决于所采集的次级侧电流来直接或者间接地调节点火线圈的初级侧电流和/或所需要的点火能量，把火花燃烧持续时间的实际值调节到对于符合规定的点火适合的额定值。所谓间接的调节可以例如被理解为：不是调节电流，而是调节取决于电流的参数，例如电压。如果火花燃烧持续时间的实际值超过最大的阈值或者不超过最小的阈值，则激活信号发生器，其提示内燃机的用户应该更换火花塞。优点在于，要求权利的本方法能够没有大的困难在现有的内燃机上使用。
本发明的方法也可以用于对具有多于一个火花塞的内燃机火花塞选择地确定火花塞的磨损。它也适用于多个火花塞在一个汽缸内安装的情况。由此既适合具有双重点火的单缸发动机，也适合具有多个火花塞的多缸发动机。以这种方式本方法能够在所有具有强迫点火的内燃机中使用。这种通用性允许对内燃机的单个或者所有火花塞进行监视。
为执行本发明优选使用控制装置。这种控制装置的一个典型的例子是发动机控制设备。该控制装置在内燃机的连续运行时确定表征火花塞的点火的调节参数或者运行参数的实际值是否已经达到预定的阈值。在确定达到阈值的情况下控制装置激活信号发生器。以这种方式用于执行本方法的设备能够以节省成本和空间的方式在内燃机上应用。
所述控制装置能够采集一个燃烧周期的火花燃烧持续时间和/或点火能量，并且作为调节参数改变点火能量，并且为此例如取决于采集到的次级侧电流来改变点火线圈的初级侧电流，并且在符合规定的改变超出调节参数范围之外时激活信号发生器。
附图说明
下面借助附图示例性地详细说明本发明。附图中：
图1示出用于确定火花塞的电极磨损的设备的一种实施方式的框图；
图2示出本发明的用于确定电极磨损的方法的一种实施方式的示意框图。
具体实施方式
图1示出一种设备的框图，该设备用于确定具有火花塞的未详细示出的内燃机的火花塞2的电极4的磨损。该设备在所示实施方式中具有发动机控制设备1，其确定用于火花塞2的点火的调节参数或者运行参数是否已经达到预定的阈值，并且在确定已达到阈值的情况下激活信号发生器3。
所述内燃机在所示实施方式中是稳定运行的大功率煤气发动机，其根据奥托原理工作。作为调节参数在当前情况下使用点火能量U的额定值，作为运行参数使用点火能量U的实际值，该点火能量是为了产生为符合规定的点火所需要的火花燃烧持续时间而施加的。作为信号发生器3使用简单的白炽灯泡。
为了符合规定地点燃油-空气混合气，在火花塞2上必须达到火花燃烧持续时间的预定的额定值。为达到火花燃烧持续时间的该额定值，必须向火花塞2施加预定的点火能量U。
发动机控制设备1在每次点火前把火花燃烧持续时间t的实际值调节到预定的额定值。火花燃烧持续时间的实际值的采集在图2中作为本方法的步骤S1示出。火花燃烧持续时间到预定的额定值的调节作为步骤S2执行。在图1的实施例中仅示出一个火花塞2，但是本方法也可以用于对具有多个火花塞的多缸发动机汽缸选择地确定火花塞的磨损。通过在步骤S2把汽缸1到n的火花燃烧持续时间调节到额定值，该应用可以在具有n个汽缸的多缸发动机上执行。在这种情况下发动机控制设备1也构成为确定多个火花塞的磨损。
火花燃烧持续时间t到为符合规定的点火所需要的额定值的调节通过释放为此需要的点火能量U来实现。为此在电路回路11中的点火线圈5的初级侧6上施加相应的电流强度I1。点火线圈5的初级侧6上的电流I1在点火线圈5的次级侧7上的电流回路12中感应出次级侧电流I2。由于电流I2，在火花塞2的电极4上建立电压差。该电压差导致在确定的时间点发生火花放电，并且借助具有火花燃烧持续时间t的点火火花释放预定的点火能量U。
发动机控制设备1具有调节装置9，它从传感器装置8接收数据，处理所述数据，并且一方面确定必须在点火线圈5上感应出什么样的初级侧电流强度I1，另一方面确定是否达到针对点火能量U的阈值。为了调节点火能量U，发动机控制设备1通过数据连接15激活控制装置10，而且是取决于调节装置9的输出，其中这在每次点火期间或者之后进行。控制装置10断开或者闭合初级侧电流回路11。当调节装置9确定达到点火能量的阈值时，发动机控制设备1通过数据连接14激活信号发生器3-在图示情况下是白炽灯泡。
点火能量U到预定额定值的调节如下进行。传感器装置8一方面用测量装置16测量回路11中的电流强度I1，另一方面用测量装置13测量回路1中的电流强度I2。借助在点火线圈5的次级侧7上施加的电流强度I2，调节装置9确定必须在点火线圈5的初级侧侧必须感应出什么样的电流强度I1，并且向控制装置10转发相应的信号。为此在每次点火后火花燃烧持续时间t与额定值比较，并且借助该比较的结果为下次点火设定火花燃烧持续时间的新的额定值。
在内燃机运行时火花塞2的电极4出现磨损。这在图2的步骤S3中示出。如果火花塞2的电极4的间隔一直改变到预定的阈值，则达到电极的磨损下限或者磨损上限，如图2中的步骤S4所示。
磨损的第一种形式表现为火花塞2的电极4的间隔增大。磨损的这一形式作为图2中的步骤S5示出，并且导致需要提高用于产生为符合规定的点火所需要的火花燃烧持续时间t的点火能量U。这一步骤在图2中作为S6示出。如果在火花塞2的磨损继续增长的情况下点火能量U不再能够升高到更高的值，则达到点火设备的能量上限，如在步骤S7中所示。火花燃烧持续时间t可以不再被调节到与火花塞的当前磨损相应的额定值，因此火花燃烧持续时间变得比对于符合规定的点火来说足够的时间短。
磨损的第二种形式表现为火花塞2的电极4的间隔缩短。磨损的这一形式在步骤S8中示出。该磨损的后果作为步骤S9记录，其使得必须减小点火能量U，以便不产生过长的火花燃烧持续时间t。如果达到点火设备的能量下限，就像步骤S10中的情况，则不再能够足够短地保持火花燃烧持续时间t，它变得对于符合规定的点火来说过长。
是否达到点火设备的能量下限或者上限的判定，如在图2的步骤S7或者S10中所示，借助在图1中示出的调节装置9执行。所述调节装置借助从传感器装置8传送的数据检验点火能量U是否已经达到预定的下阈值或者上阈值。
当调节装置9确定点火能量U降到预定的最小的阈值以下时，或者点火能量上升到预定的最大的阈值以上时一在这种情况下点火能量是表征火花塞的点火的运行参数，通过数据连接14激活信号发生器3。由此到达图2中示出的方法的步骤S11。
在所示实施方式中信号发生器3以白炽灯泡的形式实现。如果确定达到阈值，则白炽灯泡开始发光。由此通知内燃机的用户火花塞2已经达到磨损阈值并且应该更换。
根据一种修改的实施方式，调节装置9连续地确定点火能量U和下阈值或者上阈值之间的差。借助该差值间歇地或者连续地向用户报告火花塞2距达到磨损阈值有多远。因此用户能够在较长的时间段内观察出现火花塞2更换的苗头，并且提前计划更换的时间点。
上阈值和下阈值例如可以如下定义，从统计的观点看，火花塞2在内燃机的运行保持不变的情况下以及由此在电极磨损的速度保持不变的情况下，以95％的概率尚能符合规定地作用一个月。在这种情况下白炽灯泡的发光作为信号通知用户可能的话他应该在一个月内更换火花塞2。该一个月的期间可以改变，并且可以适应用户的个别需求。
因此信号发生器3不是就在应该很快要更换火花塞2的时间点才被激活，而是在设定的时间点就已经或者连续地通知火花塞2的磨损程度。信号发生器指示火花塞2距达到一个或者多个阈值有多远。白炽灯泡例如可以在达到较早的、不太重要的阈值时就已经开始闪烁，而当达到最后的、对于更换火花塞2起决定作用的阈值时才发光。替换的，也可以用数字式显示器直接例如以百分比显示火花塞2磨损到何种程度。此外当该显示器掉到5％以下时，还可以在屏幕上示出“请更换火花塞”的消息。
附图标记列表
1     发动机控制设备，控制装置
2     火花塞
3     信号发生器，白炽灯泡
4     火花塞的电极
5     点火线圈
6     点火线圈的初级侧
7     点火线圈的次级侧
8     传感器装置
9     调节装置
10    控制装置
11    电流回路1
12    电流回路2
13    用于电流回路1的测量装置
14    发动机控制设备1和信号发生器3之间的数据连接
15    发动机控制设备1和控制装置10之间的数据连接
16    用于电流回路2的测量装置

Claims (11)

1.一种用于确定内燃机的火花塞(2)的电极(4)的磨损的方法，其特征在于，在内燃机的连续运行时确定，表征火花塞(2)的点火的调节参数或者运行参数的实际值是否已经达到预定的阈值，并且在确定达到阈值的情况下激活信号发生器(3)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所表征的调节参数或者运行参数是火花塞(2)的火花燃烧持续时间(t)和/或为点火需要的点火能量(U)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，取决于至少一个表征内燃机和/或通过所述内燃机驱动的设备的运行状态的调节参数和/或运行参数来设定阈值。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在达到阈值时激活信号发生器(3)，所述信号发生器用信号通知内燃机的用户，火花塞(2)已经达到预定的磨损阈值。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，确定表征火花塞(2)的点火的调节参数或者运行参数的实际值和阈值之间的差，并且借助信号发生器(3)将该差在确定的时间点或者连续地传送给内燃机的用户。
6.根据权利要求2到5之一所述的方法，其特征在于，为火花燃烧持续时间(t)和/或点火能量(U)预定最小的阈值和最大的阈值，并且在确定实际值已经达到最小的阈值或者最大的阈值的情况下激活信号发生器(3)。
7.根据权利要求2到6之一所述的方法，其特征在于，通过取决于采集的次级侧电流(I2)来直接或者间接地调节点火线圈的初级侧电流(I1)和/或需要的点火能量(U)，把火花燃烧持续时间(t)的实际值调节到额定值，并且在该实际值超过最大的阈值或者不超过最小的阈值的情况下激活信号发生器(3)，所述信号发生器提示内燃机的用户应该更换火花塞(2)。
8.一种根据上述权利要求之一所述的方法的应用，用于对具有多于一个火花塞(2)的内燃机火花塞选择地确定火花塞(2)的磨损。
9.一种用于执行根据上述权利要求之一所述的方法的设备，其特征在于控制装置(1)，该控制装置在内燃机的连续运行时确定表征火花塞(2)的点火的调节参数或者运行参数的实际值是否已经达到预定的阈值，并且在确定已经达到阈值的情况下激活信号发生器(3)。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，调节参数或者运行参数是火花燃烧持续时间(t)和/或点火能量(U)。
11.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，控制装置取决于采集到的次级侧电流(I2)来改变点火线圈(5)的初级侧电流(I1)和/或需要的点火能量(U)，并且在实际值超过最大的阈值或者不超过最小的阈值的情况下激活信号发生器(3)。
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