CN103807080A

CN103807080A - 点火装置的转动方向识别

Info

Publication number: CN103807080A
Application number: CN201310551783.8A
Authority: CN
Inventors: 丹尼斯·伦兹; 斯坦尼斯瓦夫·齐雄; 莱奥·基斯林
Original assignee: Pruefrex Engineering e Motion GmbH and Co KG
Current assignee: Pruefrex Engineering e Motion GmbH and Co KG
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: US20140125329A1; CN103807080B; DE102013017008B4; DE102013017008A1; US9417096B2

Abstract

本发明涉及点火装置的转动方向识别。为了在内燃机的点火装置（1）运行期间进行转动方向识别，借助旋转的磁极转子（3），在布置在铁芯（4）的相邻芯脚（4a、4b）上的至少两个线圈设施（5、6、7）中产生具有相应正、负半波的第一电压信号（U1）和第二电压信号（U2、U5），其中，磁极转子（3）的转动方向（(±)D）根据第一电压信号（U1、U2、U5）的至少一个半波相对第二电压信号（U1、U2、U5）的半波的时间推移或角度推移来弄清。

Description

点火装置的转动方向识别

技术领域

本发明涉及一种在用于内燃机的点火装置、尤其是磁点火设备或磁点火装置的运行期间识别这种点火装置的转动方向的方法。

背景技术

这种类型的点火装置被典型地安装在具有作为内燃机的燃烧式发动机的手控的作业机械中。为了确保在燃烧式发动机后退运转时没有点火火花出现，并且因此，为了防止用这种点火装置来运行的内燃机后退运转，例如由DE3608740A1公知设置一种用于转动方向识别的转动方向探测器，其应该在发动机的错误的转动方向中阻止点火脉冲的提交。为实现上述方案提出一种用于确认在发电机式电磁体（磁发电机）中感应的正、负半波的次数的电子仪器。

在这种具有磁极转子和通常呈U形的、带有布置在铁芯的至少一个芯脚上的线圈（充电线圈和/或点火线圈）的铁芯的点火装置的常见结构中，根据设有永磁铁的磁极转子的转动方向而在线圈中产生感应电压，所述磁极转子与燃烧式发动机，例如与燃烧式发动机的曲轴联接，其中，线圈电压具有正、负半波。

在公知的点火装置中，电子仪器根据正的和/或负的半波次数来推断出磁极转子的转动方向。例如在至今为止的转动方向识别的想法中，或为了其他的目的、例如为了确定角度位置以及为了可能的信号处理，也在公知的装置中安装有源结构元件、尤其是晶体管。

发明内容

本发明的任务在于提出一种用于借助简单的器件进行转动方向识别的方法。尤其是为了转动方向识别应该仅考虑到已存在的信号。此外，提出一种根据此方法工作的点火装置，其中，对此不用安装附加的结构元件、尤其是不用安装有源结构元件、例如晶体管。

根据本发明，关于方法的任务通过权利要求1的特征解决，并且关于点火装置的任务通过权利要求8的特征解决。有利的改进方案和设计方案是分别引用它们的从属权利要求的主题。

对此，根据本发明设置：根据第一电压信号的至少一个半波相对第二电压信号的半波的、在时间上的推移或角度的推移或者说相应的偏移来弄清转动方向，其中，电压信号从线圈或线圈设施中产生或获得，所述线圈或线圈设施布置在相邻的优选呈U形的铁芯上。

具体来说，在点火装置运行期间用于识别转动方向的方法设置：借助旋转的磁极转子，在布置在铁芯的相邻芯脚上的至少两个线圈设施中产生具有相应正、负半波的第一电压信号和第二电压信号，并且根据第一电压信号的至少一个半波相对第二电压信号的半波的时间推移或角度推移或者说时间或角度偏移来弄清磁极转子的转动方向。

所述信号产生在磁极转子的转动运动过程中进行，该磁极转子与燃烧式发动机或内燃机的曲轴抗相对转动地联接。在磁极转子的扇形区或弓形区中布置带有磁铁北极和带有磁铁南极的磁铁设施。在磁极转子旋转过程中，如果磁极依次经过两个彼此间隔、位置固定的芯脚，那么布置在芯脚上的线圈相应时间推移地被磁场所穿过。由此在线圈中感应出电流，该电流提供可相应取得的线圈电压，该线圈电压具有在时间上依次的正、负半波。

所述信号电压的电压半波根据磁极转子的转动方向具有相反的极性。因为线圈彼此空间间隔地布置，所以电压信号并且因此其各个半波出现时间推移或由于几何布置出现角度推移。

因此，本发明基于如下认知，即，时间推移（时间偏移）或角度推移（角度偏移）代表磁极转子的转动方向。因此，借助在依赖于铁芯位置而布置的线圈的电压信号中的偏移或推移可以确定磁极转子的运转方向或转动方向。在信号或其半波的所指位置上的偏移或表征性推移可以在不同的角度位置处并且通过时间上的分量或通过电压电平的差别而弄清。

因此有利的是，可以评估在相应芯脚上的尤其两个线圈的信号的各个半波的尤其是上升的边沿的不同斜度，并且由此确定转动方向。评估可以优选在这两个信号的交零处或时间上紧接着这两个信号的交零后来进行。在此优选地，依赖于时间（角度位置）地获取超出阈值之上或落到阈值之下的情形。此外，可以将这些超出阈值之上或落到阈值之下的情形与确定的半波的确定的振幅值相关联，以便尤其提高转动方向识别的可靠性。例如，其中一个线圈的电压信号落到阈值之下的情形可以借助对另一线圈的电压信号在相同时间点上的振幅值的查询来弄清或确定，并且经受因果关系检验或相关性检验，借助其结果来识别或确定转动方向。

众所周知的是，信号曲线和尤其是相应电压信号的半波的边沿的上升时间和/或时间间歇、振幅、形状表征铁芯的两个配属的芯脚的尺寸或形状的结构和/或相应的线圈结构。因此，根据磁极转子的转动方向就预示着相应的电压信号的确定顺序的确定的半波。因此，表征性半波的出现的在时间上的推移，尤其是交零处的时间点是磁极转子的转动方向的可靠标记，并且因此根据本发明用于转动方向识别或转动方向确定。

因此优选的是，磁极转子的转动方向根据第一电压信号的至少一个正半波和/或至少一个负半波相对于第二电压信号的对应正或负半波的时间推移或角度推移来弄清。在此为了转动方向识别，适当地考虑电压信号或每个电压信号，尤其是其半波的电压值与阈值的偏差，优选考虑落到阈值之下_[j1]的情形。优选为了转动方向识别，考虑电压信号或每个电压信号，尤其是其半波的电压值与阈值的探测到或弄清的偏差的时间点，优选考虑落到阈值之下的情形。

在有利的改进方案中，将其中一个电压信号的电压值与阈值的探测到或弄清的偏差的时间点与另一电压信号的电压值与阈值的探测到或弄清的偏差的时间点彼此关联，并且为了转动方向识别考虑它们的时间推移或时间推移方向。

具体来说，适当地，为了转动方向识别，将其中一个电压信号的半波的电压值的探测到或弄清的落到阈值之下的时间点与另一电压信号的半波的电压值的探测到或弄清的落到阈值之下的时间点进行关联。

根据合适的设计方案，为了评估时间推移或角度推移把电压信号输送给控制或调节器，尤其是微处理器。也有利的是，尤其是为了确定和/或确保磁极转子的角度位置，借助电压信号的表征性的电压特征、振幅特征、电平特征和/或时间特征进行同步。

以本发明取得的优点尤其在于，根据时间上出现的两个电压信号的各个半波的这种类型的特性能够可靠地并且以特别简单的方式和方法来确定转动方向。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例进行详细描述。其中：

图1以片段示意性地示出带有呈U型的铁芯以及带有磁极转子的点火装置，该铁芯带有布置在其上的线圈；

图2示出布置在铁芯的不同芯脚上的线圈的两个电压信号的时间曲线图；

图3示出具有用于转速识别的控制器和/或评估器的点火装置的框图，该点火装置带有充电线圈、触发线圈和点火转送器（初级绕阻）；

图4示出在极转子的第一转动方向（前进方向）上的两个信号的时间曲线图；

图5以根据图4的示图示出在相反的转动方向（后退方向）上的信号曲线；

图6以根据图3的框图示出带有充电线圈和点火转送器（没有触发线圈）的点火装置。

彼此相应的部件在所有的图中都设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意性地示出点火装置1，带有极转子（磁极转子）3，其具有带北极和南极（N、S）的磁铁2，该极转子与未详细示出的燃烧式发动机（内燃机）同步旋转。永磁铁2布置在呈圆形的磁极转子3的扇形区或弓形区中。此外，点火装置1具有位置固定的、呈U型的铁芯4，该铁芯带有第一芯脚4a以及带有第二芯脚4b。两个彼此间隔地布置的芯脚通过中间件4c彼此相连。

在芯脚4a、4b的自由端部与磁极转子3之间形成气隙L。芯脚4a、4b的间距或布置匹配于磁铁2的尺寸或布置。在此，在磁极转子3的示出的转动位置中呈两个闭合的线形式的且用箭头标识的磁通量Ba、Bb经由铁芯4闭合。

在芯脚4a上布置有充电线圈5，在充电线圈的线圈绕阻中由于磁通量Ba而由感应有电流，其中，在线圈绕阻上或在线圈绕阻的绕阻端部或线匝端部上可取得作为第一电压信号U1的相应的电压。类似地，在相邻的芯脚4b上布置有经常也被称为点火线圈的点火变压器6，在点火变压器的初级绕阻6a（图3）中同样感应有电流，并且可相应取得电压U5。附加的是，在该第二芯脚4b上布置有触发线圈7，其提供作为第二电压信号U2的电压。如果没有设置这种触发线圈7（图6），那么第二电压信号U2由点火变压器6的初级绕阻6a提供。

图2在下方的图表中示出第一电压信号U1的时间曲线图，并且在上方的图表中示出第二电压信号U2、U5的时间曲线图。两组电压信号U1或U2、U5的时间曲线相应于在图1中标识的相反于极转子3的顺时针方向（前进方向）的转动方向D。

可看出的是，两组信号U1和U2、U5具有正、负半波的次序。这两组电压信号U1和U2、U5的最大或最小值关联于在图1中标识的角度位置30至34，其中，在两个中间半波之间的交零处、也就是在两个明显的正半波与负半波之间的交零处用角度位置32来标识。

图3以框图示出点火装置1或其线路技术上的组成部分。点火装置1包括控制和/或调节器8，尤其是呈微控制器或微处理器形式，微控制器或微处理器在输出侧与呈半导体开关，如三端双向交流开关（TRIAC）形式的点火开关9在操控侧相连，点火开关本身接地。

充电线圈5通过例如呈二极管或半桥或全桥整流器形式的整流器10与点火电容11相连，该点火电容本身与点火变压器6的初级绕阻6a相连。在次级侧，点火变压器6以其次级绕阻6b导引到点火装置1的未详细示出的接口处，用于产生燃烧式发动机（内燃机）的点火火花F的火花塞（可）连接到该接口处。

由于在确定的可调整的点火时间点上由微控制器8产生（生成）的点火信号或操控信号S_g使得点火开关9闭合。由此，点火电容11通过点火变压器6的初级线圈6a放电，这基于初级线圈6a与次级线圈6b的线匝数比而在次级侧导致用于启动点火火花F的、相应的、足够的高压。

为了给微处理器8进行能量供给和提供供给电压V_DD，电流源/电压源12（Power Supply）由充电线圈5和/或由触发线圈7供能。在输入侧把充电线圈5的电压信号U1和触发线圈7或点火变压器6的电压信号U2、U5输送给微处理器8。

如果根据附图6的实施方式不存在附加的触发线圈，那么把充电线圈5的电压信号U1和点火变压器6的初级绕阻6a的电压信号U5输送给微控制器。借助这两组电压信号U1、U5（或U2）微处理器8弄清磁极转子3的转动方向(+)D或(-)D。

转动方向识别借助对两组电压信号U1、U2（U5）关于其依赖于转动方向的时间曲线的分析而实现。尤其是，将其中一个电压信号U1、U2（U5）的表征性特征在时间上的出现与另一电压信号U1、U2（U5）的表征性特征在时间上的出现相比较或进行联系。

因此，图4示出在转动方向(+)D（前进）的情况下相应的电压信号U1、U2（U5）的时间上第一（负）半波出现落到阈值之下情形的表征性时间偏移t₍₊₎和t_(-)，而图5描述在极转子3的相反的转动方向(-)D（后退）的情况下的时间上的关系或偏移的特征。相应的阈值用S₁和S₂表示。

如果在时间上首先在第一负半波时出现偏移或时间推移t_(-)，并且在稍后的时间点上落到阈值之下的情形以在此为正的时间偏移t₍₊₎出现，那么识别为前进转动方向(+)D。类似地，如果由于负半波的落到阈值之下的情形首先出现正的时间推移t₍₊₎，并且时间上在这之后在另一落到阈值之下的情形时出现负的时间推移t_(-)，那么识别为后退转动方向(-)D。由此，点火信号或控制信号S_g到点火开关9处的输出被抑制。

附加或替选的是，可以关于转动方向识别来评估电压信号的各个半波的不同的上升时间（斜度）。为了转动方向识别，也可以将其中一个电压信号U1、U2（U5）落到其中一个相应的阈值S₁、S₂之下的情形结合对另一电压信号U1、U2（U5）的相应半波的振幅和/或电平的弄清和评估来考虑。在此，阈值S₁、S₂以如下方式适当地选定或确定，即，使得时间推移t_(±)的符号在转动方向识别时发生变换。

借助微处理器8或附加的电路也可以使电压信号的振幅借助分压器，例如欧姆电阻的串联电路来调整，从而电压信号U1、U2（U5）的相关的信号电平位于微处理器8的测量范围内，并且最大的振幅位于近似的电平中。因此可以考虑的是，不同的线圈5、6、7具有不同的线匝数或绕阻数。

在此，分压器能够以如下方式选定规格，即，使得在转动方向(+)D（前进）中的由芯脚4a（充电线圈5）产生的电压的最大峰值或电平大致相应于在相反的转动方向(-)D（后退）中的由另一芯脚4b（触发线圈7或初级绕阻6a）产生的电压信号U2、U5的最大峰值或电平。

总而言之，为了转动方向识别，优选借助一个或多个阈值开关、模拟数字转换器和/或数字控制装置或控制器来考虑或评估由芯脚4a和4b产生的电压信号的在时间上的偏移或在时间上的推移。尤其在此，在落到阈值S₁、S₂之下的情况下考虑时间关联，优选结合电压信号的确定的半波的振幅评估、电平评估或峰值评估来考虑。

本发明不受上述实施例限制。更确切的说，本领域专业人员也可以由此推导出本发明其他的变型方案，且不偏离本发明的主题。尤其此外，所有结合实施例所描述的单个特征也可以以其他的方式彼此组合，且不偏离本发明的主题。

附图标记列表

1 点火装置

2 磁铁

3 磁极转子

4 铁芯

4a 第一芯脚

4b 第二芯脚

4c 中间件

5 充电线圈

6 点火变压器/点火线圈

6a 初级绕阻

6b 次级绕阻

7 承载线圈

8 控制或调节器/微处理

器

9 点火开关

10 整流器

11 点火电容

12 电流源/电压源

Ba、Bb 磁通量

D 转动方向

F 点火火花

L 气隙

S_1、2 阈值

S_g 点火信号/控制信号

V_DD 供给电压

Claims

1.一种用于在内燃机的点火装置（1）运行期间识别转动方向的方法，

-其中，借助旋转的磁极转子（3），在布置在铁芯（4）的相邻芯脚（4a、4b）上的至少两个线圈设施（5、6、7）中产生具有相应正、负半波的第一电压信号（U1）和第二电压信号（U2、U5），并且

-其中，所述磁极转子（3）的转动方向（(±)D）根据所述第一电压信号（U1、U2、U5）的至少一个半波相对所述第二电压信号（U2、U5；U1）的半波的时间推移或角度推移来弄清。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁极转子（3）的转动方向（(±)D）根据所述第一电压信号（U1；U2、U5）的至少一个正半波和/或至少一个负半波相对所述第二电压信号（U2、U5；U1）的对应正或负半波的时间推移或角度推移来弄清。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，为了转动方向识别考虑所述第一电压信号和/或所述第二电压信号（U1、U2、U5）的其中一个半波的电压值与阈值的弄清的偏差。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，为了转动方向识别考虑所述第一电压信号和/或所述第二电压信号（U1、U2、U5）的其中一个半波的电压值与阈值的弄清的偏差的时间点（t）。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，将其中一个电压信号（U1、U2、U5）的其中一个半波的电压值与阈值的弄清的偏差的时间点（t）与另一电压信号（U1、U2、U5）的其中一个半波的电压值与阈值的弄清的偏差的时间点彼此关联，并且为了转动方向识别考虑它们的时间推移或时间推移方向（t_(±)）。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，为了评估时间推移或角度推移把电压信号输送给微处理器（8）。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，为了确定且确保磁极转子（3）的角度位置，借助电压信号（U1、U2、U5）的表征性的电压特征、振幅特征、电平特征和/或时间特征进行同步。

8.一种用于执行根据权利要求1至7之一所述方法的内燃机的点火装置（1），所述点火装置具有磁极转子（3），并且具有布置在铁芯（4）的相邻芯脚（4a、4b）上的至少两个线圈设施（5、6、7）、以及具有控制或调节器（8），其中，由于所述磁极转子（3）的旋转，所述线圈设施产生具有相应正、负半波的第一电压信号（U1）和第二电压信号（U2、U5），所述控制或调节器通过的所述电压信号（U1、U2、U5）的表征性的信号组成部分的时间推移和/或角度推移的评估来对所述磁极转子（3）进行转动方向识别。

9.一种根据权利要求1至7之一所述方法进行工作的点火装置（1）。

10.一种内燃机的点火装置（1）的应用，所述点火装置具有磁极转子（3），并且具有布置在铁芯（4）的相邻芯脚（4a、4b）上的至少两个线圈设施（5、6、7），以及具有控制和/或调节器（8），所述控制和/或调节器依赖于所述磁极转子（3）的借助评估由所述线圈设施（5、6、7）产生的电压信号（U1、U2、U5）而弄清的确定的转动方向（D）来操控点火开关（9）。