CN1060553C - 内燃机的点火装置 - Google Patents

Abstract

一个用于内燃机的点火装置具有用于检测转换到点火线圈(10)之初级侧(11)的次级电压的装置(M1，M2)；并且由此装置检测的信号(U11或U12)输入到一个确定装置中。该确定装置(16)可确定在火花末端(t2)之后电压信号(U11或U12)的衰减情况，同时这个衰减情况表明了在次级侧并联电阻之数量的尺度。

Description

内燃机的点火装置

本发明涉及一个点火装置。

一个点火装置已经在US-PS4918389及相应的EP0344349中公开，其中，点火装置的监视借助初级侧对火花延续的监视来实现。依此，转换到初级侧的点燃电压被检测并相应地与预先确定的阈值相比较，同时在偏离这个阈值时会导致一个有缺陷的燃烧。

另外公知的用于监视点火装置性能的方法，是例如监视催化剂的温度、检测不稳定运行工况和例如检测入(hamda)探测信号。

本发明的目的在于提供一种点火装置，其中点火线圈次级侧的缺陷，例如在火花塞上的分流，在点火结束以前已被测知。按照本发明，此目的通过以下方案实现，即设置确定装置，它作为点火装置功能的尺度检测火花结束后次级电压的衰减。

具有本发明特征内容的点火装置，相对现有技术具有优点是，在点火线圈次线侧的缺陷如在火花塞上的分流已经在点火结束以前被测知。因此，在点火线圈中剩余能的平衡过程可在火花熄灭以后就被检测及确定。这种在点火线圈中剩余能的平衡过程会导致在点火线圈之初级侧和次级侧产生振荡，它通过可能的火花塞上的并联电阻总能强烈地得以衰减。因此，这种衰减形成一个用于在次级回路中存在的并联电阻的尺度。这样，例如还能够实现一个精确的对火花塞之状态的表征，同时不必拆下火花塞本身。最后，通过分析这个在火花结束后的持续过程就于进行确定而与气体放电的条件和依此与其他的影响无关。而仅仅是点火装置的电气参数起作用。

通过在以下记载的措施，就能对上述确定的点火装置作出有利的变型和改型。这样，例如就可以对火花结束后的衰减检测以不同的形式和方法实现。最后，用于检测衰减的确定单元本身可以组合在控制装置中和因此可以直接在确定控制参量时得以考虑。这样，例如可能的是，通过并联电阻的强烈衰减导致点火能的提高并依此可导致在某种情况下火花塞的游离燃烧。

本发明的实施例描绘在附图中并在以后的说明书中加以详细阐述。在附图中：

图1是一个实施本方法的点火装置原理图；

图2是一个具有并联电阻为100MΩ的点火装置之初级电压和次级电压曲线；

图3a是在点火系统具有二极管和并联电阻为1MΩ情况下初级电压和次级电压的衰减过程；

图3b是在点火系统具有二极管和并联电阻为10MΩ情况下初级电压和次级电压的衰减过程；

图4a是点火装置没有用于抑制火花启动的二极管但具有并联电阻为1MΩ情况下初级电压和次级电压的衰减过程；

图4b是点火装置没有用于抑制火花启动的二极管但具有并联电阻为10MΩ情况下初级电压和次级电压的衰减过程；

图5是用于确定信号衰减的确定装置第一实施例；

图6是确定装置第二实施例；和

图7是确定装置之第三实施例。

图1表明一个点火装置原理图。此处一个点火线圈10由初级线圈11和次级线圈12组成。该初级线圈11一方面与例如一个此处未描绘的内燃机电池之电源电压UB相连接。而该初级线圈11的另一端部则通过一个点火输出级13与地相连。内燃机之未描述的传感器可检测运行参数如转数(n)，曲轴转角(KW)，温度(T)。传感器所测知的信号则作为输入参数15送入控制单元14中。该控制单元14则根据测知的运行参数和贮存的特性曲线确定不同的控制量。依此，用于点火装置的锁闭时间和点火时间点就被确定并相应地作为输出信号输送到点火输出级13的控制输入端。另外，在初级侧设置了借助它可以检测转换到该初级侧之次级电压的装置。用于检测初级电压的电路组件例如已在US-PS4918389中公开，因此不必详细说明。但是原则上说存在的方案是，对转换到初级侧的次级电压即可以用装置M1通过初级线圈11的电压降U12检测，或者也可以用装置M2通过输出级13和在初级线圈的输出端及地之间的电压降U12检测。这些用于检测转换到初级侧的次级电压的装置M1、M2之输出信号则被输送到一个确定装置16，它被组合在图1中的控制单元14内。理所当然，这个确定装置16也可以单独设置，然后，这个确定装置16的输出信号应该输送到控制单元14中。该点火线圈10的次级线圈12与火花塞17相连，因此，在该火花塞上有一个相应的高电压时，就产生一个放电火花。在点火线圈10之次级线圈12的一端部和火花塞17之间，设置一个二极管18，它可实现一个火花启动的抑制作用。但是这个二极管可以省去。在次级侧作为元件(Ersatz)等效描绘一个电容器19，它表明在点火线圈内部的次级电容，还描绘一个电容器20，它表明在点火线圈外例如在点火器具之线路电容外部的次级电容，以及描绘一个电阻21，它表明该并联电阻。这些作为等效电路描述的电感、电容和电阻构成一个振荡回路，回时，该振荡回路的衰减取决于并联电阻21的参数，因为并联电阻是唯一的在内燃机运行期间例如通过烧损和污染而发生变化的参数。

图2表明了初级电压和次级电压是如何在图1具有二极管以抑制火花启动的点火装置中发生的。在一个此处未描述的时间点上，在点火线圈10的初级线圈11中开始流入一个充电电流，并且在时间点t1被中断，而这个时间点例如就是计算的点火时间点。依此，在次级侧感应一个高电压，它导致在火花塞上的火花放电，然后，在典型的、已描述的燃烧电压曲线上燃烧至时间点t2，它表不火花的结束。同时该曲线22表示次级侧的电压曲线U2(t)。曲线23表明转换到初级侧的电压曲线，它例如借助检测装置M2来测知并被输入到一个确定装置16中。在按图1具有火花启动抑制二极管18的电路中，当次级电压下降时，该次级回路通过设置的二极管被分隔开。则存留的次级电容20只能通过被忽略的离子流以及并联电阻21的电流放电卸载。一个典型的时间常数τ计为4．1ms。该曲线23表明了转换到初级侧的次级电压和因此也表明了该余振回路的特性。在图2中的电压曲线是期望的理想形式，适用于并联电阻RN小得可以忽略的情况。

如果现在火花塞17上的并联电阻发生变化，则次级回路的振荡和阻尼特性也变化。一个火花结束亦即在时间点t2以后的振荡特性之确定并依此之解释可以通过次级回路的状态确定。因此，例如，一个可能的并联电阻可以通过提升在随后的点火循环中的点火电压束匹配，而不用期待一个点火断续器。依此，基于电气特性的确定，就可以实现一个迅速地与点火装置的性能衔接配合。

图3a和3b表明在次级侧(U2(t))和在初级侧(U12(t))的点火回路之电压曲线，同时具有一个二极管用于火花启动的抑制和具有一个并联电阻，其中，并联电阻在图3a中的电压曲线情况下计为1MΩ而在图3b中计为10MΩ。该曲线24a及24b表明了在次级侧的电压曲线。可以看出，在具有并联电阻的次级侧加负载时，阻尼作用具有一个明显较小的时间常数τ。在图3a中该时间常数计为τ=0．06ms而在图3b中τ=0．45ms。在曲线25a及25b中，表明了在点火末端t2之后转换到初级侧的次级电压之电压曲线。在点火器具的电容通过一个小并联电阻放电情况下，当在次级线圈中感应的电压峰值大于剩余电压时，则二极管导通和使振荡回路泄能。这一点可以从初级侧曲线25a之对振荡峰值增大的阻尼作用看出。在并联电阻为10MΩ情况下，该初级电压除了第一电压尖峰以外还具有4个另外的电压最大值。在并联电阻减小到1MΩ如图3a情况下，可以看出，只有一个另外的，并强烈衰减的电压最大值。因此，并联电阻越大，则振荡的特性越强烈。

同样，图4a和4b表明了图1之点火装置的电压曲线但是没有了用于抑制点火启动的二极管。同时，该并联电阻在图4a中测定为1MΩ，而在图4b中测定为10MΩ。在没有抑制点火启动的图1电路中，位于点火线圈外边的次级回路之隔离结构省去了。在如图4b的并联电阻为10MΩ情况下，初级电压和次级电压的振荡是相似的。该图4b的曲线26b表明了在10MΩ的并联电阻情况下的次级电压曲线U2(t)和曲线27b表明了转换到初级侧的电压曲线U12(t)。该图4a表明了在并联电阻为1MΩ情况下的测量曲线26a和27a并且可以看出，两个电压共同衰减的情况。对于评价在火花结束t2之后在初级侧检测的次级电压所适用的理论基础可从下面的描述中获得。一个用于初级电压之曲线的公式是：其中：τp-时间常数

   W-固定频率

   U1x-适于U11及U12的同义词。这个公式，按照希尔伯变换，还可以描述成下列形式：

其中， ${\hat{u}}_{1x}$ (t)-分析的电压信号。依此，表示阻尼的特征是参数τ。为了精确的确定τ可以是不同的模拟方法。

一个另外的影响并联电阻的特征被定义为第二正电压峰值相对第一正电压峰值的比值，和表示如下： $q_1=\frac{{\stackrel{-2}{u}}_{1}x}{{\stackrel{-1}{u}}_{1}x}$

ū^1．2-U1x的第一／第二正电压峰值。

正如上面另外所描述的，在为了次级回路的结构变型而为很小的并联电阻情况下，可以想到，在点火线圈中的振荡卸载放电会过渡为非周期的振荡，(参见图2，U2(t))。此处，初级电压的第二最大值消去了。一个优选方案是，在相对第一最大值的确定间距上形成尖峰值U21x。这个确定的间距Tp是振荡的扰动之周期并描述如下： $q^2=\frac{u_{1x}(t=t_{\max }+{\mathrm{\&Tgr;}}_{\mathrm{\ρ}})}{u_{1x}\left(t_{\max }\right)}1x$

其中；tmax-第一最大值的时间点

  τp-周期

图5表明一个可能的确定装置16的结构方案：这个确定装置16中输入一个借助装置M1或M2检测的初级电压信号U11或U12。同时，这个信号输入一个装置30中，它确定火花末端t2并将一个相应的触发信号继续导入到该确定装置16中。然后在确定装置16中借助装置31打开一个时间窗口，其中用装置32确定信号U11或U12的衰减。一个衡量衰减的尺度是数值τ，它随后在一个加法器33中与一个恒定的、依赖于特性曲线的或依赖于时间的参考值(其例如在数字逻辑器中确定和被储存在一个贮存器40中)作综合处理。同时，该恒定的依赖于特性曲线的参考值作为负值出现，因此，接着在比较器34中这两值的差被确定和在此基础上确定一个校正信号并用于控制单元14。

图6表明另一个确定装置16的可能结构方案。这个确定装置16中输入一个借助装置M1或M2检测的初级电压信号U11或U12。同时，这个信号输入一个装置30中，它确定火花末端t2并将一个相应的触发信号继续导入到该确定装置16去。在确定装置16中，借助装置31产生一个第一时间窗口，其中，用装置35形成一个第一尖峰值。在确定装置16中借助装置31产生一个第二时间窗口，其中用装置36形成一个第二信号尖峰值。然后，在装置37中通过尖峰值的除法处理计算一个数值，它表示对衰减的一个尺度。这个数值与一个恒定的、依赖于特性曲线的或依赖时间的并取自贮存器40的参考值相比较且在比较器39中确定一个校正信号以用于控制单元14。

图7表明该确定装置16的第三个结构变型方案并通过一个数字系统例如一个信号程序器实现。这个确定装置16如同图5和6那样，被输入一个借助装置M1或M2检测的初级电压信号，但是，是在借助低通滤波器41进行低通滤波之后和借助A／D转换器42作模拟-数字转换以后输入的。该数字化的信号被输入一个装置30中，它确定火花末端和用该火花末端开启一个时间窗口。在该时间窗口打开期间，所述数字化的信号被储存在一个贮存器43中。在装置44中，根据所储存的数字化信号确定一个衡量信号U11或U12衰减的尺度。这个数值与一个恒定的，依赖于特性曲线的或依赖于时间的参考值相比较并确定一个用于控制单元14的校正信号。

Claims (5)

1．用于内燃机的点火装置具有一个控制单元，其用于在由传感器检测的内燃机运行参数的基础上确定控制参数；还具有至少一个检测转换到点火线圈之初级侧的次级电压的装置，以及具有一个确定装置，其中输入由至少一个装置检测的初级电压，其特征在于：该确定装置(16)检测在火花末端之后的次级电压的衰减情况作为衡量点火装置性能的尺度。

2．按权利要求1所述的点火装置，其特征在于：该衰减情况表明一个衡量次级侧并联电阻之数量的尺度。

3．按权利要求1或2所述的点火装置，其特征在于：该确定装置(16)中用于确定随后点火周期的控制参数之结果被输入到控制单元(14)中。

4．按前述权利要求之一所述的点火装置，其特征在于：对次级电压的确定在一个测量窗口中实现，该窗口在火花末端处被打开。

5．按前述权利要求之一所述的点火装置，其特征在于：在火花末端后次级电压的第一峰值 $\left(\hat{U}1\right)$ 和第二峰值 $\left(\hat{U}2\right)$ 的商值可以确定为衰减的尺度。

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