CN102844562A

CN102844562A - 电晕点火器的有意电弧作用

Info

Publication number: CN102844562A
Application number: CN2011800151769A
Authority: CN
Inventors: 基思·汉普顿
Original assignee: Federal Mogul Ignition Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-12-26
Also published as: US20110197865A1; KR20130001236A; JP2013520598A; EP2534369A2; WO2011100516A2; WO2011100516A3

Abstract

一种用于点燃可燃气体混合物的电晕点火系统和方法，包括电弧作用的检测和控制，以便当电弧作用发生时，检测到电弧作用并向点火器增加电压以确保将电弧作用维持一段时间，并且将电弧作用维持在这样的质量一段时间，即通过火花点火使混合物的燃烧发生，之后减少电压以恢复只由电晕放电的点火。

Description

电晕点火器的有意电弧作用

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年2月12日提交的第61/304,130号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及在汽车及相似应用中用于点燃空气/燃料混合物的电晕放电点火器，具体涉及在电晕放电点火器中检测电弧作用并有意使点火器形成电弧的系统和方法。

背景技术

美国专利6,883,507公开一种用于电晕放电空气/燃料点火系统的点火器。图1示出典型电晕放电点火系统的部件。该点火系统包括低压电路10，低压电路10穿过射频升压变压器20耦连到高压电路30，高压电路30依次耦连到位于燃烧室50中的电极40。

在电晕点火系统中，射频高压信号被应用于位于燃烧室50中的电极40，如上所述。当施加该信号时，燃烧室50中形成电场。该场足够强以便显著增加室内的离子数量。在特定条件下，这些离子可以形成从电极到气缸盖或活塞的导电通路。如果电压足够高，流经该通路的电流将该通路加热到足以形成更多离子。这可以形成致使电弧建立的级联过程。该电弧将加热电极40。同时，在点燃燃烧室内的燃料时，电弧放电不如电晕放电有效。因此，要求抑制电弧。多种传统方法被用于抑制电弧和确保点火。抑制电弧的形成要求测量电路到地面的阻抗，并相应调整电压。

图2示出根据现有技术抑制电弧形成的流程图。如图所示，电晕产生（200），并由系统监视电晕状态。在电晕保留下来的情况下（202），维持射频变压器上的直流电压（204），并且点火可能成功（206）。另一方面，如果电晕开始形成电弧（208），减小射频变压器上的直流电压以便努力阻止电弧进一步形成（210）。

发明内容

总的来说，本发明提供一种在汽车熔炉和其它应用中用于点燃待点燃的可燃空气/燃料混合物的电晕放电点火系统和方法，尤其是当在电晕放电点火器中检测到电弧作用时，做出调整以在一段时间内有意增强电弧作用的系统和方法。

本发明通过多种方法中的一种检测电弧作用，多种方法包括（1）对感应器的电流突变，（2）对感应器的电压突变，（3）感应器的共振频率的突变，（4）计算的电晕云电阻的突变，以及（5）通过离子化检测的失败检测，以及机轴速度变化。应当注意，本领域技术人员容易理解，检测方法不仅限于所述方法，并且任意数量的检测方法都可以利用。

在本发明一个实施例中，在电晕事件过程中检测到电弧后，向电路增加电压以确保电弧作用发生。电压的增加为连接到燃烧室的点火器提供了最大化的电压。为了随后的点火事件而确定用于电路的电压值以预设数量同时减少并记录在存储器中。随后，随着电子硬件运行在点火控制软件中以检测电弧作用的软件或控制程序（例如算法）将测试修正的记录值。

结合优选实施例的具体描述，本发明的上述及其他特征和优点将会更加容易理解。下面将对随后的具体描述的附图进行介绍。

附图说明

图1示出根据现有技术的典型电晕放电点火系统的部件；

图2示出根据现有技术抑制电弧形成的流程图；

图3、4、5示出根据本发明的电晕点火电路的典型电路图；

图6示出根据本发明的有意电弧作用方法的流程图；

图7示出根据本发明的控制程序的高阶典型流程图；

图8示出可以用于控制程序以计算点火事件的下降电压的典型查阅表；

图9示出根据本发明的控制程序的详细典型流程图。

具体实施方式

在电晕点火系统中，射频信号在电路中产生并通过同轴电缆传输到点火器。如果电压过高，会从电极尖端到头部形成不需要的电弧。在本发明背景技术部分描述过的一种已知电晕系统中，采用复杂的控制系统以积极测量和监视阻抗从而阻止电弧作用及点火失败。然而，已发现当试图启动电晕事件时，不一定总是能够抑制电弧作用，在这种情况下，优选在一段时间内确保电弧能量最大化以便正常点火。根据本发明一个方面的电晕点火系统监视电晕事件，并且当电弧作用发生时，做出调整以向电路增加电压从而在一定时间内最大化电弧作用以及电弧质量，从而为成功点火提供最大可能性。

图3-5示出根据本发明一个实施例的典型电晕点火电路的电路图。在附图中，相似的附图标记指示相似的部件。该电路包括地面105，点火驱动电子元件100，点火器感应器110，点火器尖端与地面之间通过燃烧室气体的电阻125，点火器平行电容130，以及点火器尖端135。点火器尖端135是点火器的一部分并且尤其耦连到单独的中心电极并且可以安装在气缸盖的点火器孔中，该气缸盖连接到内燃机的发动机缸体上。没有第二电极，于是所产生的电晕是在点火器尖端产生，而不是如同一些等离子体射流型点火系统在两电极之间的间隙中产生。发动机缸体包括燃烧气缸，活塞在燃烧气缸中往复运动。该发动机可能具有多个这种燃烧气缸及相应的活塞（未示出）。

该电路由点火驱动电子元件100例如功率放大器驱动，点火装置电子元件100从外部发动机计算机（未示出）接收点火信号。点火驱动电子元件100输出电压，该电压以固有频率应用于点火器感应器110。点火器感应器110使输出电压增加到应用于点火器尖端的高电压。

在运行中，驱动电子元件产生应用于感应器的交流电压。电感、电阻及电容（LRC）具有固有频率，并且如果所应用的交流电压包括处于LRC固有频率的部件，位于点火器尖端的感应器电压将是所应用电压的倍数。图3示出运行在真空中的这种电路。图4示出电晕事件过程中图3的系统，点火器尖端置于燃烧室中，存在于室内的气体，尤其是位于点火点的气体对电流具有阻力。当驱动电压应用于感应器时，电晕将在点火器尖端形成。离子化的气体区域具有进一步减小的电阻。此外，一些电流可以从点火端向地面流动。

当点火器尖端和气缸盖之间的离子密度超过某一数值，该区域的电阻下降到电流可以从点火器尖端直接流到地面的水平。这是级联现象，一但电流超过某一数值，这将加热气体，增加离子数量，从而进一步减小电阻。在级联过程中，离子化区域的温度升高并形成电弧（图5）。电弧的高温可以损害点火器尖端，并且不利于点燃混合物。

某些事件，例如寒冷的天气或较差的运行条件，将影响运行，以致电晕不能产生或电弧不能抑制。当这些发生时，本发明试图最大化电弧的可能性和质量以产生点火，如图6所示。图6示出根据本发明的有意电弧方法的流程图。如图所示，电晕产生（214），并由系统监视电晕状态。在电晕保留下来的情况下（216），维持系统的射频变压器上的直流电压（218），并且点火可能成功（220）。另一方面，如果电晕转变为电弧（222），增加射频变压器上的直流电压以便促使电弧被维持（224）。也就是说，在电晕事件中检测到电弧后，向电路增加电压以确保电弧作用发生并且并处于可最大化点火可能性的水平上（226）。为了随后的点火事件而确定用于电路的电压值以预设数量同时减少以便转回单独的电晕点火，记录在存储器中，并且设置标记（228）。随后，随着电子硬件运行在点火控制软件中以检测电弧作用的软件或控制程序（例如算法）将测试修正的记录值。

图7示出根据本发明的控制程序的高阶典型流程图。该控制程序（或学习算法）首先从储存在存储器中的表格读取电晕持续时间和直流电压（250）。典型的表格在图8中示出，该表格储存了电压、电晕持续时间和气缸信息。用α、β和ζ调整时间和直流电压（252），确定燃烧状态（254）并修正α、β和ζ（256），下面将更详细地阐述。

图9是根据本发明的控制程序的详细典型流程图。打开车辆的点火装置（接通260）之后，电源被应用于包括控制器的电路（262），并且控制程序被通电（264）。在运行中，控制程序确定是否设置通道X等于XI（266）。如果通道X被设置为XI，然后控制程序继续确定所应用的电压是否位于指定的范围之间，并且增大通道X（272）。如果通道X未被设置为XI，将低压直流电压（VDC）应用于中心抽头通道X（268），并且测量位于射频变压器的输出通道X上的电压（270）。然后，控制程序继续确定电压是否位于指定的范围之间，并且增大通道X（272）。如果测得的电压不是位于指定的范围之间，那么点火失败，并且通知发动机控制单元（ECU）（274）。另一方面，如果测得的电压位于指定的范围之间，控制程序监视来自ECU的输入信号是否有活动边（276）。检测到活动边之后，在278步骤中，控制程序获取发动机速度、负载、温度和通道编号（共同地，发动机信息）。获得发动机信息之后，访问图8大体示出的存储表以获得对应于发动机信息的持续时间和直流电压（280）。然后用α、β和ζ调整持续时间和直流电压（282）。调整持续时间和直流电压之后，将直流电压应用于中心抽头通道X（284），并且控制程序确定持续时间是否结束（286）。如果持续时间未结束，重复应用直流电压。如果持续时间结束，则控制程序循环回来以确定来自ECU的信号是否有活动边。同时并行地，调整持续时间和直流电压之后，控制程序确定燃烧状态（288），并且修正α、β和ζ（290）。然后，修正的运算被用于下次循环。

本发明已根据相关法律标准描述，但并不限于此。对所披露的实施例的各种变化和修改对本领域技术人员是显而易见的并落在本发明的范围之内。因此本发明的法律保护范围只能通过权利要求确定。

Claims

1.一种在电晕事件过程中检测电弧，以便当检测到电弧时，通过对射频变压器增加电压有意促进电弧的方法。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，在当前周期中，促使电压增加，并且在下一周期中，电压减少。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，电压的增加和减少基于来自映射方法的表格。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，表格适于电弧事件。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，一旦电晕事件开始，维持对射频变压器的电压。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：

从表格读取时间和电压；

使用参数调整时间和电压；

确定燃烧状态；以及

修正参数。

7.一种点燃燃烧室内可燃气体混合物的方法，其特征在于，包括

将电压应用于点火器以从点火器产生电晕放电而不会形成电弧，从而在第一段时间内由电晕放电点燃室内的可燃混合物；

改变条件以从点火器产生电晕的介电击穿和电弧作用；

检测电弧事件的发生；以及

增加作用于点火器的电压以在第二段时间的点火循环中产生额外的电弧作用事件，从而在第二段时间内由火花点火点燃混合物。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在由电弧作用点火的第二段时间之后，减少所应用的电压到恢复电晕放电而没有电弧作用的水平，以便继续由电晕放电点火点燃混合物。

9.一种储存在有形媒介上且可在具有电控单元的车辆微处理器上执行的电脑程序产品，其特征在于，包括：

在电晕事件过程中检测电弧，以便当检测到电弧时，通过对射频变压器增加电压有意促进电弧。

10.如权利要求9所述的电脑程序产品，其特征在于，进一步包括：

设置通道且应用低压；

测量变压器上的电压；

如果该电压位于预设范围之间，增加通道并且确定是否从电控单元检测到活动边；

收集发动机参数。

11.如权利要求9所述的电脑程序产品，其特征在于，进一步包括：

从表格读取时间和电压；

使用参数调整时间和电压；

确定燃烧状态；

应用电压；以及

修正参数。

12.如权利要求7所述的电脑程序产品，其特征在于，发动机参数包括速度、负载、温度和通道编号。