CN104696136A - 用于内燃机的电晕点火系统及其控制方法 - Google Patents

用于内燃机的电晕点火系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种用于在内燃机的燃烧室点燃燃料的电晕点火系统，包括包含点火电极(5a)的振荡电路(5b)，连接至振荡电路(5b)以产生用于激励振荡电路(5b)的AC电压的高频发生器(4)，从板载电源电压产生用于高频发生器(4)的输入电压的转换器(3)，稳定由转换器(3)产生的用于高频发生器(4)的输入电压的电压控制器(3a)，以及用于控制高频发生器(4)的控制单元(2)，其中控制单元(2)在高频发生器(4)的启动或停止导致负载改变出现之前，将转换器(3)的即将到来的负载改变传达至电压调节器(3a)。本发明还描述了一种用于控制电晕点火系统的方法。

Description

用于内燃机的电晕点火系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及用于内燃机的电晕点火系统和用于控制电晕点火系统的方法。
背景技术
美国专利US2011/0114071A1公开了一种电晕点火系统，其内燃机的燃烧室中的燃料/空气混合物可通过该燃烧室中的电晕放电点燃。该电晕点火系统具有一点火电极，其从一绝缘体伸出。点火电极、绝缘体和环绕该绝缘体的套管形成一电容器。该电容器为电晕点火装置的电子振荡电路的一部分。通过高频率的AC电压，例如从30kHz至50MHz，激发该振荡电路，引起点火电极处的过压，以致于在点火电极处形成电晕放电。
通过高频发生器产生高频率的AC电压。高频发生器的输入电压由车辆的板载电源电压转换器产生。在已知的电晕点火系统中，高频发生器的输入电压一般地位于从100V至400V的范围内。
电晕放电在发动机的燃烧室中的燃料/空气混合物中形成离子和自由基。当离子和自由基达到一临界浓度时，该燃料/空气混合物点燃。离子和自由基的产生率取决于其电晕放电和电功率的规模。电晕放电的规模和功率仅可增加至一临界值。如果超过该极限，电晕放电会转变为电弧放电或火花放电。
为此，电晕点火系统控制为，以使电晕放电尽可能的大，但避免该电晕放电分解为电弧或火花放电。然后，燃料/空气混合物可尽可能快速地点燃，且由此尽可能精确地预设点火时刻。
发明内容
本发明的目的为提供更好地获得这一效果地方式。
该目的通过具有权利要求中所指定特征的电晕点火系统，以及方法获得。根据本发明的有利改进通过从属权利要求指定。
本发明可以更高的精度预设由电晕放电导入燃烧室的功率。这是通过使用一控制器控制转换器的输出电压至一目标值，以及在由于高频发生器的启动或停止而导致负载改变出现之前，通过将转换器的一即将到来的负载改变传达至控制器来获得的。由于关联的负载迅速改变而导致的高频发生器的启动，其特别地引致一临时电压降。可通过预期电压降，增加输出电压的目标值来降低该电压降。高频发生器的停止导致一临时的过压，其可通过预期过压，减少输出电压的目标值来降低。
高频发生器的输入电压的电压波动导致相应的其输出电压的波动，并因此还导致振荡电路的功率波动和电晕放电的功率波动。如果使转换器的输出电压及由此的高频发生器的输入电压稳定，则电晕放电和点火瞬间的功率可因此控制为较高的精度。
每当存在有一即将到来的负载改变时，该目标值可总是由一恒定的、负载独立的量级来改变。尤其是，如果预期的负载改变总是基本为相同的规模，该类型的控制可使用很小的工作量来执行，其已可显著地补偿负载-感应的电压波动。然而，在即将到来的负载改变的情况下，该目标值还可以通过一量级来改变，该量级由电晕点火系统的控制单元单独限定，在不同情况下与预期的负载改变的大小相关。
即将到来的负载改变可传达至转换器的控制器，例如在高频发生器的启动或停止之前的2至200微秒内。
根据本发明的有利改进，电压控制器通过分步改变一目标值的规格，响应一控制单元的关于即将到来的负载改变的通讯。目标值的较大改变可因此分解为多个小的、连续的改变。各自的步级可为如此的小，以致目标值规格以例如斜坡状的方式改变。分步改变目标值，可减轻浪涌电压效应。
当目标值改变时，根据本发明的一个实施例可设置为，例如，在电晕放电点火之前执行至少一个步级，以及在电晕放电点火之后执行至少一个步级。例如，可点燃电晕放电，同时目标值以一斜坡状方式改变。以此方式，可从电晕放电的开始施加大能量，而仍实现小的过冲。
均衡地响应相同规模的预期的负载增加和预期的负载减少是可能的，换句话说，瞬间的目标值可按相同的量级增加或降低。然而，也可以使用比响应负载减少的更强或更弱的目标值改变来响应负载增加。
附图说明
根据本发明的进一步细节和优点将参照附图，基于说明性的实施例来说明，其中：
图1示出一电晕点火系统的示意图；以及
图2示出电压调节器的负载、负载信号和目标值的曲线的示意图。
具体实施方式
图1所示的电晕点火系统包括中央单元1和多个点火器5，点火器5连接至中央单元1，且每一点火器5包含具有点火电极5a的振荡电路5b。这些点火器5中的每一个与发动机的燃烧室配合，并在其点火电极5a处产生电晕放电。
中央单元1包括转换器3、多个高频发生器4、控制单元2和电压控制器3a，高频发生器4连接至转换器3，且其每一个连接至各自的点火器5。转换器3，例如一直流/直流转换器，将车辆的板载电源电压转换为用于高频发生器4的输入电压。通过电压控制器3a将由转换器3产生的电压调整至一目标值。电压控制器3a可集成于转换器3内。
高频发生器4的输入电压通常大于板载电源电压。从而转换器3从一输入电压产生更高的输出电压。转换器3可包括多个级数。本文中，对于所有的步级，可以形成为电压递升转换器，也就是说，以从一输入电压产生更高的输出电压。也可以使一个或多个步级，例如转换器的最后一级，形成递减转换器。
高频发生器4通过控制单元2控制。当将要在相关的发动机燃烧室中产生一电晕放电时，控制单元2触发高频发生器5。通过高频发生器4的启动和停止(在发动机周期中交替)，产生转换器3的负载改变。转换器3的加负载曲线如图2的a)所示，相应地其由高频发生器4的启动和随后的停止产生。
由于高频发生器4在发动机周期中按预设时间启动和停止，该加负载由控制单元2预先知道。在高频发生器4的启动或停止导致负载改变出现之前，控制单元2将转换器3的即将到来的负载改变传达至电压控制器3a。这通过一负载信号如图2的b)所示，其超前于图2的a)所示的负载，例如超前2至400微秒，优选地为2至200微秒。电压控制器3a通过调整由转换器3产生的电压，使其阶梯式地改变至目标值，来响应即将到来的负载改变。本文中，可将步级选定为很小，以产生对目标值的斜坡状的改变，如图2的c)所示。
电压控制器3a响应图2的b)中所示的负载信号，其对目标值的改变如图2的c)中所描绘。负载的即将到来的增加促使电压控制器3a分步增加目标值。高频发生器4的停止所导致的即将到来的负载减少，促使电压控制器3a分步降低由转换器3产生的电压经调整而成的目标值。
伴随高频发生器4的启动和停止而出现的突然的负载改变，具体地引致临时的电压降或过压。这可通过对目标值的预先改变来补偿。负载的增加具体地引致电流强度的增加，其导致电感器的充电。对电感器充电所需的电能不可用于负载，也就是说不可用于高频发生器。由于电压的目标值在高频发生器4启动前增加，可在其加载于转换器3前对电感器至少部分地充电。
类似地，负载减少引致电感器的放电，其可导致电压增加。由于电压的目标值在高频发生器4的停止之前降低，可降低过压。
在图示的实施例中，于目标值的斜坡状改变期间点燃一电晕放电。换句话说，在电晕放电点火之前执行对目标值的改变的一些步级，以及在电晕放电点火之后执行对目标值的改变的一些步级。

Claims (10)

1.一种用于在内燃机的燃烧室点燃燃料的电晕点火系统，包括：
振荡电路(5b)，其包含点火电极(5a)；
高频发生器(4)，其连接至振荡电路(5b)，配置为产生用于激励振荡电路(5b)的AC电压；
转换器(3)，配置为产生用于高频发生器(4)的输入电压；
电压控制器(3a)，配置为稳定由转换器(3)产生的用于高频发生器(4)的输入电压，以及
控制单元(2)，用于控制高频发生器(4)；
其中控制单元(2)在高频发生器(4)的启动或停止导致负载改变出现之前，将转换器(3)的即将到来的的负载改变传达至电压控制器(3a)。
2.根据权利要求1所述的电晕点火系统，其特征在于，其中控制单元(2)在高频发生器(4)的启动或停止的2至200微秒之前，将该即将到来的负载改变传达至电压控制器(3a)。
3.根据前述任一项权利要求所述的电晕点火系统，其特征在于，电压控制器(3a)通过改变一目标值来响应控制单元(2)的关于即将到来的负载改变的通信。
4.根据前述任一项权利要求所述的电晕点火系统，其特征在于，电压控制器(3a)通过分步改变一目标值来响应控制单元(2)的关于即将到来的负载改变的通信。
5.根据权利要求4所述的电晕点火系统，其特征在于，目标值以斜坡状的方式在2至400微秒的时间段间改变。
6.一种用于控制电晕点火系统的方法，其中在一点火电极处产生电晕放电，通过转换器(3)提供高频发生器(4)的输入电压，以及利用高频发生器(4)的输出电压激励振荡电路(5b)，所述振荡电路包含点火电极(5a)，其中利用电压控制器(3a)将高频发生器(4)的输入电压调整至一目标值，其特征在于，在高频发生器(4)启动或停止之前，将即将到来的负载改变传达至电压控制器(3a)，以在高频发生器(4)启动的情况下减轻电压降，以及在高频发生器(4)停止的情况下减轻过压。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，电压控制器(3a)通过改变一目标值来响应控制单元(2)的关于即将到来的负载改变的通信。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据即将到来的负载改变的规模，确定目标值的改变量。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，电压控制器(3a)通过分成多个步级改变一目标值来响应控制单元(2)的关于即将到来的负载改变的通信。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在电晕放电点火之前执行至少一个步级，以及在电晕放电点火之后执行至少一个步级。
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