CN104696135A - 用于调整电晕点火装置的振荡电路的激发频率的方法 - Google Patents

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Abstract

用于调整电晕点火装置振荡电路的频率的方法，振荡电路用激发频率起始值激发并测量振荡电路的频率相关变量基准值。激发频率在第一方向变化，每个增量之后测量振荡电路的频率相关变量值并确定测量值是否偏离基准值，若测量值比基准值好，则将相关激发频率值选为新起始值，且激发频率在一个方向逐渐改变，若测量值比基准值差，则将相关激发频率值存为第一边界值，且激发频率在第二方向变化，若减小激发频率后测量值比基准值好，则第一边界值更新为起始值且相关激发频率值作为新起始值，且激发频率在第二方向变化，若改变激发频率后测量值比基准值差，则将相关激发频率值存为第二边界值，激发频率之后被设成第一和第二边界值的平均值。

Description

用于调整电晕点火装置的振荡电路的激发频率的方法
技术领域
本发明涉及一种用于调整电晕点火装置的振荡电路的激发频率的方法。
背景技术
文献WO 2010/011838 A1公开了一种电晕点火装置，使用该电晕点火装置，可在内燃机的燃烧室内通过燃烧室内产生的电晕放电点燃燃料/空气混合物。该电晕点火装置包括插入绝缘体中的点火电极。点火电极、绝缘体和包围绝缘体的套筒形成一个电容。该电容是电晕点火装置的电振荡电路的一部分，其用例如30kHz到50MHz的高频交流电压进行激发。结果是点火电极升压，导致在所述点火电极处形成电晕放电。
为保证有效的操作，重要的是使振荡电路的激发频率尽可能地接近其谐振频率。
文献WO 2010/011838 A1公开了通过测量振荡电路的各个馈电点处的电流和电压之间的相移，并用锁相回路将所述相移调成零值，来对振荡电路的频率进行调节。在串联振荡电路中，电流与电压在谐振状态同相(相移＝零)。锁相回路控制开关装置的开关速率，借此，预定的电压被交替地施加于互感器的一个初级绕组和其它初级绕组。因此，电流和电压在互感器的次级侧上，在串联振荡电路的馈电点处彼此同相。
在现有技术中，包括HF点火装置的HF振荡电路的谐振频率的偏移是主要问题。这里涉及不同的原因。谐振频率偏移的一个原因涉及HF点火装置的点火电极的尖端的温度、湿度、污染的变化，和内燃机操作相关的参数的变化。如WO 2010/011838 A1所公开的，用锁相回路将激发频率调整为谐振频率是复杂的，而且只解决部分问题。其原因在于，相位控制容易受到锁相回路的各个部件的温度漂移和电压噪声的影响。
为避免锁相回路的缺点，从文献DE 10 2011 052 096 A1可得知监测振荡电路的电流或电压的瞬时值，并馈给高频发生器以初级电压脉冲，这些初级电压脉冲在电流或电压的瞬时值分别低于或超过预定的切换阈值时启动或终止。该方法的缺点是在测量技术方面非常复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种以接近其谐振频率的相对简单的方式操作电晕点火装置的方法。
上述方法通过具有权利要求1的特征的方法和根据权利要求2所述的方法得到解决。
电晕点火装置的振荡电路具有若干个在激发频率接近谐振频率时发生变化的电变量。这些变量在下文中被称作频率相关变量。这些变量的例子为电流和电压之间的相、阻抗、或电流与电压的商。
当激发频率与谐振频率一致时，这些变量中的一些发生过零(zerocrossing)。此类变量在高于和低于谐振频率的激发频率下具有不同的代数符号。其中的一个例子是电流和电压之间的相位。当激发频率与谐振频率一致时，其它频率相关变量具有极值。如果变量的值被作为激发频率的函数作图，则最大值或最小值出现在谐振频率处。例如，当激发频率与谐振频率一致时，阻抗最小。当激发频率与谐振频率一致时，电流与电压的商最大。在恒定的电压下，当激发频率与谐振频率一致时电流最大。
所有频率相关变量共同的特征是，在频率变化的情况下，可将变量的当前值与变量的先前值相比，以确定频率变化是否导致了激发频率接近谐振频率。但是，由频率变化引起的频率相关变量的值变化会小到，因不可避免的测量误差而导致不能确定激发频率在频率变化之前或之后是否更接近谐振频率。这尤其适用于当频率相关变量只在谐振频率附近发生微小的变化时，例如，具有平坦的最大值或最小值。
在比较不同激发频率下测量的频率相关变量的两个值时，具有更接近谐振频率的激发频率的值在下文中被称作“更好的”。如果频率相关变量在谐振频率下发生过零，举例来说，例如电流和电压之间的相位，则更小的绝对值是“更好的”。如果频率相关变量在谐振频率下处于最小值，举例来说，例如阻抗，则更小的值因此是“更好的”。如果频率相关变量在谐振频率下处于最大值，举例来说，例如电流与电压的商，则更大的值因此是“更好的”。类似地，比较频率相关变量的两个值时，具有更远离谐振频率的激发频率的值被认为是“更差的”。
在根据本发明的方法中，为简单起见，电晕点火装置的振荡电路初始以激发频率激发，其中所述激发频率具有被称作起始值的值。对频率相关变量的值进行测量并且该值(其属于激发频率的起始值)被存储作为基准值。接着，激发频率在第一方向上逐渐变化(要么增大要么减小)并且在每个增量(increment)之后重新确定频率相关变量的值。在每种情况下，之后将该值与基准值进行比较。如果发现显著的改进，则将该值在随后用作基准值，并且其所属的激发频率的值被用作起始值。
如果激发频率在渐进式变化中增大，获得的激发频率的起始值并未在进一步的渐进式增大中显著改善。相反，在进一步的渐进式增大中，最终获得显著更差的频率相关变量的值。在根据本发明的方法中，将与该值相关联的激发频率存储作为第一边界。
替代逐渐增大激发频率的是，还可以减小激发频率。如果激发频率在渐进式变化中减小，最终获得的激发频率的起始值并未在进一步的渐进式减小中显著改善。相反，在进一步的渐进式减小中，最终获得显著更差的频率相关变量的值。将与该值相关联的激发频率之后存储作为第一边界值。
在此背景下，词语“显著”意味着基准值和在已变化的频率下测量的值之间的差超过预定的阈值。该阈值被选择为使得所述阈值大于测量误差。
如果第一边界值已被发现，则从起始值开始，激发频率在另一方向上逐渐改变，即，如果通过逐渐增大激发频率发现第一边界值，则激发频率减小，而如果通过逐渐减小激发频率发现第一边界值，则激发频率增大。该频率变化的另一个方向在下文中也被称作第二方向。
在每个增量之后，测量振荡电路的频率相关变量的值，并执行检查以确定所测量的值是否显著偏离基准值，即，频率相关变量的测量值偏离基准值的量是否大于预定阈值。如果频率相关变量的测量值比基准值显著更好，则激发频率的当前值被选择作为新的起始值，并且从该新的起始值开始，激发频率进一步在第二方向上变化。如果新的起始值是通过增大频率发现的，则继续增大。如果新的起始值是通过减小频率发现的，则继续减小。
这样，最终发现不再能通过进一步的渐进式频率变化而显著改善的激发频率起始值。在第二方向上的进一步的渐进式频率变化最终导致比基准值显著更差的频率相关变量的值。将激发频率的当前值，即与频率相关值的该值相关联的激发频率的值，存储作为第二边界值。
然后激发频率被设置为两个边界值的平均值。该平均值通常比之前确定的起始值更接近谐振频率。
如果该方法之后又执行一次，则两个边界值的平均值被用作起始值，由此，这两个边界值被重新确定。因此，根据最新的发现，激发频率的起始值始终是最佳已知值，即，与谐振频率最一致的值。在发动机启动之后，激发频率被首次设置时，用于启动该方法的起始值通常较差，因此通过激发频率的渐进式变化可以发现更好的值。如果之后在后续的发动机循环中执行该方法，以便将激发频率调整为已改变的谐振频率，则渐进式频率变化通常不导致起始值的显著改善，因此使得该方法能够以更少的步骤执行，并且因此更快捷。
根据本发明的方法能够完全在一个发动机循环中执行。由于谐振频率通常在多个发动机循环内缓慢地变化，因此该方法也可以在多个发动机循环内执行，例如，通过仅在第一发动机循环中确定第一边界值并且之后在第二发动机循环中确定第二边界值。优选地，频率变化的增量被选择为大到使得该方法能够完全在一个发动机循环中执行。
激发频率能够以增量方式改变，例如，增量具有的宽度为起始值的0.01％到5％。优选地，激发频率以具有起始值的0.02％到0.2％的宽度的增量改变。
根据本发明的有利改进，在维持稳定的电晕放电的同时测量频率相关变量。当电晕放电开始时，谐振频率仅发生轻微变化。通过在维持电晕放电的同时仅在稳定时测量频率相关变量，激发频率可以被以更高的精确度设置为谐振频率。
根据本发明的方法能够通过电晕点火装置的控制单元在每个发动机循环内实现。谐振频率在相对大量的发动机循环中往往仅相对缓慢地偏移，例如，由于振荡电路的温度变化。因此不需要在每个发动机循环内执行该方法来调整对激发频率的设置。例如，电晕点火装置的控制单元可包括计数器，其对完成的点火数目进行计数，并在预订数量的点火之后执行该方法，例如，在每个第十或每个第一百个发动机循环中执行该方法。作为另外一种选择或者作为补充，该方法还可以通过发动机运行参数的特定值或发动机运行参数的变化触发。
本发明还涉及一种包括控制单元的电晕点火装置，该控制单元被配置成执行根据本发明的方法。控制单元可包括存储器，例如，其中存储有程序的存储器，其中所述程序在被控制单元执行时允许控制单元执行根据本发明的方法。
附图说明
参考附图利用实施例对本发明的进一步细节和优点进行说明。其中：
图1示出电晕点火装置的例子的示意图；
图2示出电流与电压的商作为激发频率的函数以及用于设定激发频率的步骤的例子；以及
图3示出用于调整电晕点火装置的电振荡电路的激发频率的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出燃烧室1，其由处在接地电位的壁2、3和4定界。点火电极5被绝缘体6沿其长度的一部分包围，并从上方延伸到燃烧室1中，并且通过所述绝缘体以电绝缘的方式穿过上壁2延伸进入燃烧室1中。点火电极5和燃烧室1的壁2至壁4是串联振荡电路7的一部分，该串联振荡电路7还包括电容器8和电感器9。当然，该串联振荡电路7还可包括其它电感器和/或电容器、以及本领域技术人员所知的能作为串联振荡电路的组件的其它组件。
高频发生器10被提供用于激发振荡电路7，且包括DC电压源11和具有中心抽头13位于其初级侧的互感器12，从而使得两个初级绕组14和15能够在中心抽头13接触。使用高频开关16，将初级绕组14和15与中心抽头13相距最远的端部交替地接地。高频开关16的开关速率确定串联振荡电路7被激发所使用的频率，并且可以被改变。互感器12的次级绕组17在点A处供应串联振荡电路7。高频开关16由控制单元31控制。控制单元31因此规定交变电压的频率，该交变电压由高频发生器生成作为次级电压，并且振荡电路7使用该交变电压激发。
这样的包括点火电极5的振荡电路7被提供给发动机的每个燃烧室。高频发生器10能够供应多个振荡电路7。然而，也可以是每个振荡电路连接于单独的高频发生器10。单一的控制单元31在这两种情况下都满足。
燃烧室1由气缸盖形式的上壁2、圆柱形周壁3和活塞顶侧4限定，所述活塞配备活塞环并且可以在气缸内前后移动。
汽缸盖2包括一个通道，点火电极5穿过该通道以电绝缘和密封的方式引导。点火电极5被绝缘体6沿其一部分长度包围，该绝缘体6可由烧结的陶瓷，例如氧化铝陶瓷，组成。点火电极5经由其尖端延伸至燃烧室1中并且稍稍延伸超过绝缘体6，虽然它也可以与绝缘体6齐平。
当振荡电路7被激发时，电晕放电主要在点火电极5的周围区域内形成，并且可伴有或多或少的密集载流子云。
为将振荡电路7的激发频率设置成尽可能接近其谐振频率的值，并且为使激发频率适应谐振频率的变化，控制单元31初始以激发频率的起始值激发振荡电路并测量振荡电路的频率相关变量，例如，阻抗或电流与电压的商。该商被称为标准化电流。
在图2中，标准化电流I被以任意单位绘制为激发频率f的函数。标准化电流I在谐振频率下具有最大值，该谐振频率在示出的例子中具有4.60MHz的值。事实上，振荡电路7的谐振频率只能以一定量的不确定性得知，因为所述谐振频率受温度相关波动和噪声的影响。
谐振频率的最佳已知值被用作激发频率的起始值。该起始值通常接近谐振频率，尽管稍微偏离于谐振频率。在图1中，给出值f1＝4.58MHz作为起始值的例子。控制单元31因此以激发频率f1激发振荡电路7，并测量所出现的标准化电流I。该值被存储作为基准值IR。
从起始值f1开始，控制单元31之后逐渐改变激发频率并测量每个增量之后的标准化电流I。三个增大阶段1、2和3在图2中被示出作为例子。将在每个增量之后测量的标准化电流I的值与基准值IR进行比较。执行检查以确定所测量的值是否显著偏离基准值IR。当偏离超过预定的阈值时，则存在显著的偏离。这也就是当测量的值在图2中的值A和值B所界定的频带之外的情况。
在图2示出的例子中，前两个阶段1和2未导致标准化电流I的显著变化。标准化电流I直到第三阶段之后才变化。在第三阶段之后，标准化电流显著小于基准值IR。由于标准化电流在谐振频率下最大，因此该值比基准值“更差”。在第三阶段之后，激发频率因此比激发频率的起始值f1更远离谐振频率。在第三阶段之后的激发频率的值被存储作为第一边界值。该第一边界值在图2中被标记为fmax。
当激发频率逐渐改变，并且发现频率相关变量、即图2所示例子中的标准化电流的显著更差的值，而且第一边界值已被确定时，激发频率从起始值开始在第二方向上改变，即，在图2示出的例子中减小。
在图2中，激发频率的减小因此被表示为阶段4。在阶段4之后，所测量的标准化电流I的值比基准值IR显著更差，位于值B的下方。在第四阶段之后的激发频率的值因此被存储作为第二边界值。第二边界值在图2中被表示为fmin。
控制单元31之后计算两个边界值fmin和fmax的平均值作为谐振频率fr的值，即fr＝(fmin+fmax)/2，并且之后将激发频率设置为该值fr。
执行上述用于设置激发频率的方法的程序存储在控制单元31的存储器32中。
该方法实施例的流程图在图3示出。在步骤100，激发频率的当前值f被存储作为起始值f1，并且在该激发频率下测量的频率相关变量1的值被存储作为基准值IR。
在图3示出的例子中，在下一步骤101，激发频率的当前值f增加预定量△f。该方法可以被修改为，在步骤101，激发频率的当前值f被替换为减小预定量△f。针对已变化的激发频率值的频率相关变量的当前值I在步骤101确定。
在步骤102，将频率相关变量的当前值与基准值IR进行比较。如果当前值I未与基准值显著不同，至多相对于基准值偏离阈值△I，则重复步骤101。如果当前值I比基准值显著更好，则重复步骤100。在步骤103，如果当前值I比基准值显著更差，则将当前频率存储作为边界值fmax。
在图3示出的实施例中，振荡电路的频率相关变量是在谐振频率下处于最大值的变量。因此，如果当前值I超过基准值的量大于阈值，则当前值I比基准值显著更好，并且在当前值低于基准值的量大于阈值时，当前值I比基准值显著更差。假如在谐振频率下处于最小值的频率相关变量被用于该方法中，如果当前值低于基准值的量大于阈值，则过程返回步骤100，并且如果当前值超过基准值的量大于阈值，则过程返回步骤103。
在步骤104，激发频率的当前值f被重新设置为起始值f1。在步骤105，当前值f被减小预定量△f，并且，之后频率相关变量的当前值I被确定。该方法可以被修改成步骤101和步骤105互换。
在步骤106，将频率相关变量的当前值I与基准值IR进行比较。如果当前值I未与基准值IR显著不同，至多从基准值偏离小于阈值△I的量，则重复步骤105。如果当前值I比基准值显著更好，则在步骤103确定的值fmax被更新为起始值f1，当前的频率值f被存储作为起始值f1，并且频率相关值的当前值被存储作为基准值。然后使用这些值重复步骤104。如果在步骤106当前值I比基准值显著更差，则在步骤107将当前频率存储作为边界值fmin。
在步骤108，然后计算谐振频率为两个边界值的平均值。如果重复该方法，则如此计算的谐振频率可被用作起始值f1。

Claims (9)

1.一种用于调整电晕点火装置的电振荡电路的激发频率的方法，其中
用所述激发频率的起始值(f1)激发所述振荡电路，并且测量所述振荡电路的频率相关变量的值且将其存储作为基准值(IR)，
其特征在于
从所述起始值(f1)开始逐渐增大所述激发频率，
在每个增量之后，对所述振荡电路的频率相关变量的值(I)进行测量并且执行检查，以确定测量的所述频率相关变量的值(I)是否从所述基准值(IR)偏离大于预定的阈值(△I)的量，其中
如果测量的所述频率相关变量的值(I)从所述基准值(IR)偏离大于所述阈值(△I)的量，并且测量的所述频率相关变量的值(I)比所述基准值(IR)更好，则将测量的值(I)存储作为新的基准值(IR)并且将与测量的所述频率相关变量的值(I)相关联的所述激发频率的值(f)选为新的起始值(f1)，并且从所述新的起始值(f1)开始，逐渐增大所述激发频率，
如果测量的所述频率相关变量的值(I)从所述基准值(IR)偏离大于所述阈值(△I)的量，并且比所述基准值(IR)更差，则将与该测量的所述频率相关变量的值(I)相关联的所述激发频率的值(f)存储作为第一边界值(fmax)，并且从所述起始值(f1)开始，逐渐减小所述激发频率，
在减小所述激发频率之后，如果测量的所述频率相关变量的值(I)从所述基准值(IR)偏离大于所述预定的阈值(△I)的量，并且比所述基准值(IR)更好，则将测量的值(I)存储作为新的基准值(IR)，并且将与测量的所述频率相关变量的值(I)相关联的所述激发频率的值(f)选为新的起始值(f1)，并且从所述新的起始值(f1)开始，逐渐减小所述激发频率，
在减小所述激发频率之后，如果测量的所述频率相关变量的值(I)从所述基准值(IR)偏离大于所述预定的阈值(△I)的量，并且比所述基准值(IR)更差，则将与该测量的所述频率相关变量的值(I)相关联的所述激发频率的值(f)存储作为第二边界值(fmin)，
其中所述激发频率之后被设置为所述第一边界值和所述第二边界值间的平均值。
2.一种用于调整电晕点火装置的振荡电路的激发频率的方法，其中
用所述激发频率的起始值(f1)激发所述振荡电路，并且测量所述振荡电路的频率相关变量的值且将其存储作为基准值(IR)，
其特征在于
从所述起始值(f1)开始逐渐减小所述激发频率，
在每个增量之后，对所述振荡电路的频率相关变量的值(I)进行测量并且执行检查，以确定测量的所述频率相关变量的值(I)是否从所述基准值(IR)偏离大于预定的阈值(△I)的量，其中
如果测量的所述频率相关变量的值(I)从所述基准值(IR)偏离大于所述阈值(△I)的量，并且测量的所述频率相关变量的值(I)比所述基准值(IR)更好，则将测量的值(I)存储作为新的基准值(IR)并且将与测量的所述频率相关变量的值(I)相关联的所述激发频率的值(f)选为新的起始值(f1)，并且从所述新的起始值(f1)开始，逐渐减小所述激发频率，
如果测量的所述频率相关变量的值(I)从所述基准值(IR)偏离大于所述阈值(△I)的量，并且比所述基准值(IR)更差，则将与该测量的所述频率相关变量的值(I)相关联的所述激发频率的值(f)存储作为第一边界值(fmin)，并且从所述起始值(f1)开始，逐渐增大所述激发频率，
在增大所述激发频率之后，如果测量的所述频率相关变量的值(I)从所述基准值(IR)偏离大于所述预定的阈值(△I)的量，并且比所述基准值(IR)更好，则将测量的值(I)存储作为新的基准值(IR)，并且将与测量的所述频率相关变量的值(I)相关联的所述激发频率的值(f)选为新的起始值(f1)，并且从所述新的起始值(f1)开始，逐渐增大所述激发频率，
在增大所述激发频率之后，如果测量的所述频率相关变量的值(I)从所述基准值(IR)偏离大于所述预定的阈值(△I)的量，并且比所述基准值(IR)更差，则将与该测量的所述频率相关变量的值(I)相关联的所述激发频率的值(f)存储作为第二边界值(fmax)，
其中所述激发频率之后被设置为所述第一边界值和所述第二边界值间的平均值。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述增量的大小是恒定的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述增量的大小在所述起始值的0.01％和1％之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述激发频率与谐振频率一致时具有极值的变量被用作所述频率相关变量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述激发频率与谐振频率一致时具有过零点的变量被用作所述频率相关变量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在维持稳定的电晕放电的同时测量所述频率相关变量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述激发频率变化之后，紧接着在对所述频率相关变量开始测量之前发生预定的等待周期。
9.一种用于在循环操作的内燃机的燃烧室中对燃料点火的电晕点火装置，其包括：
振荡电路(7)，其具有点火电极(5)，
高频发生器(10)，其用于由初级电压生成交流电压以用于激发所述振荡电路(7)，以及
控制单元(31)，其用于控制所述高频发生器(10)，其特征在于
所述控制单元(31)被设计成执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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