CN106401836B - 用于控制电晕点火装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制内燃机的电晕点火装置的方法，其中通过向电晕点火装置施加电压以产生电晕放电，电晕放电点燃发动机的燃烧室中的燃料；将作为废气中的氧化氮浓度的特性的实际值与设定值相比较，如果实际值自设定值的偏离大于规定阈值并且实际值大于设定值，在比较后减小所述电压。

Description

用于控制电晕点火装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制电晕点火装置的方法。

背景技术

电晕点火装置在运行过程中产生电晕放电，从而点燃发动机燃烧室中的燃料。因此，电晕点火装置是传统火花塞的代用品，后者通过电弧放电点燃燃料。

与传统火花塞相比，电晕点火装置可产生更大的点火量，从而在内燃机中产生对贫燃烧的良好耐受性以及更佳的燃烧数据。因此电晕点火装置可能会使得发动机更加有效地运转。与火花塞相比，电晕点火装置不仅具有高效性及低油耗优势，还可点燃更多的贫燃料混合物，因此可以大大减小氧化氮的排放。

电晕点火装置的说明参见美国专利US 8,640,665。该电晕点火装置具有点火电极。该电极安装在绝缘子内，同时绝缘子外壳沿径向包裹绝缘子，从而形成了一个电容器，该电容器是振荡器电路的一部分。所述振荡器电路被激励为与例如30kHz至50MHz或者更高的高频交流电压形成共振，如此可在点火电极处产生电晕放电。使用电压转换器即可由一次电压产生高频交流电压。

电晕点火装置的点火电极位置的电晕放电越大，外加电压越大，即高频交流电压和一次电压越大。然而，不得在电晕点火装置上外加过大的电压，因为电晕放电可变为临界击穿电压上的电弧放电，所以在已知的控制电晕点火装置的方法中，努力尝试选择与击穿电压尽可能相近的电压，以便于最大可能地形成电晕放电，从而可靠地避免电晕放电过渡为电弧放电。

发明内容

本发明的目的旨在寻找一种方式进一步增强对电晕点火装置的控制，从而优化发动机的运行。

通过用于控制内燃机的电晕点火装置的方法可以实现该目的：其中向电晕点火装置施加电压以产生电晕放电，所述电晕放电点燃发动机的燃烧室内的燃料；将作为废气中的氧化氮浓度的特性的实际值与设定值相比较，并且如果实际值自设定值的偏离超过规定阈值并实际值大于设定值，在比较后减小所述电压。

本发明的有利延伸形成了下述主题：

如果实际值自设定值的偏离大于规定阈值并实际值小于设定值，在比较后增大所述电压。

使用传感器测量作为废气中的氧化氮浓度的特性的实际值。

采用发动机运行数据计算作为氧化氮浓度的特性的实际值。

采用燃烧温度或点燃延迟计算作为氧化氮浓度的特性的实际值。

独立于作为氧化氮浓度的特性的实际值的电压的最大值被规定且不可超出。

通过评估电晕点火装置中的振荡器电路的电气特性变量来以动态方式确定所述最大值。

根据实际值和设定值的比较结果，逐步改变所述电压，所述电压的大小不受实际值自设定值的偏离幅度的影响。

施加至电晕点火装置的电压是高频交流电压，该高频交流电压由使用电压转换器的一次电压生成。

在本发明环境中可以发现通过控制电晕点火装置可能控制氧化氮的排放量，这样即使在快速改变发动机的运行条件时，所述排放量通常低于预定限值，例如低于《德国空气质量控制技术规范》(TA-Luft)规定的天然气发动机和固定的燃气发动机的500mg NO_X/m³的排放量。如果发动机废气中氧化氮的浓度升高过多，可通过减小外加至电晕点火装置的电压将其抵冲，其原理在于越低的电压导致越小的电晕放电的事实，这样可以反过来使燃烧减缓，升压放缓，最大压力的出现放缓，燃烧温度降低。

然而，通常情况下不建议将氧化氮的排放量减至最小，因为这样会限制发动机的效率和功率。事实上，发动机运行时，功率及氧化氮排放量之间的目标是相互冲突的。因此，通常会寻求到氧化氮排放量及功率之间的折衷。在该过程中，必须遵守越来越严格的氧化氮排放的法律要求。通过本发明，不使用复杂的废气后处理系统即可满足此类要求。

根据本发明所述的方法可限制以遵守氧化氮排放量的允许限值，即当达到限值时，仅减小外加至电晕点火装置的电压。只要氧化氮浓度低于该限值，即可根据任何其它方面优化外加至电晕点火装置的电压。另一个方案是将氧化氮浓度调整至设定值。例如，可以使用特征映射规定不同发动机状态下的该设定值，该设定值也可对应于功率和氧化氮排放量之间的最优折衷值。

根据本发明所述的方法，将作为废气中氧化氮浓度的特性的实际值与设定值进行比较。如果实际值自设定值的偏离大于规定阈值，以及如果实际值大于设定值，在进行对比后，使外加至电晕点火装置的电压减小。如果实际值自设定值的偏离是微乎其微的，则不需改变电压。如果实际值自设定值的偏离小于规定阈值，则不必改变外加至电晕点火装置的电压。

如果实际值小于设定值并且实际值自设定值的偏离超过规定阈值，本发明的有利改进在于可在实际值和设定值对比后提供待增加电压。在此实施例中，作为废气的氧化氮浓度的特性的实际值可调整至设定值。

通过测量废气中氧化氮浓度的传感器可将废气中的氧化氮浓度值提供给电晕点火装置的控制单元。氧化氮浓度的直接测量不必采用该方法，因为氧化氮排放量主要取决于发动机的运行参数，所以可通过例如是燃烧温度、点火延迟等发动机运行参数计算氧化氮排放量，或通过特征映射确定氧化氮排放量。

本发明的又一个有利改进是电压的最大值被规定且不可超出，最大值独立于作为氧化氮浓度的特性的实际值。这样，可以确保电晕放电不会变为电弧放电。特别有利的是如果作为氧化氮浓度的特性的实际值被调整为设定值。外加到电晕点火装置电压的最大值优选地通过评估电晕点火装置中振荡电路的电气特性变量确定。例如，可检测或估算振荡电路的阻抗或振荡频率。振荡电路的上述及其它电气变量取决于所产生的电晕放电大小，因此可用于及时探测过大电晕放电的形成，从而确定仍然不会转变的电晕放电的电压的最大值。关于如何通过估算振荡电路电气变量确定电压的最大值的详细资料，可参见例如WO2004/063560A1。

根据本发明所述的方法，外加到电晕点火装置的电压可逐步改变，所规定的电压大小是常量。逐步按相同幅度改变电压的成本极低。然而也可以根据实际值自设定值的偏离确定动态幅度。这样，可以特别快速地改变电压，特别是当发动机运行参数发生较大改变时。

采用根据本发明所述的方法，如果单独确定每个汽缸作为氧化氮浓度的特性的实际值(例如通过测量每个汽缸的最大燃烧室湿度或最大燃烧室压力)，则可以根据单独外加在相应发动机汽缸上的电压操作每个发动机汽缸的电晕点火装置。特别是当混合比已知时，相关汽缸氧化氮的排放量实际上由最大燃烧室压力或者最大燃烧室温度确定。

可选的，采用根据本发明的方法可以共同改变所有发动机汽缸电晕点火装置的电压。特别是如果例如因为使用发动机排气系统中的传感器测量氧化氮的浓度而省略了单独确定氧化氮浓度时，可以采用该程序。此时，如果实际值大于设定值的部分超出了规定阈值，对于所有汽缸的单独电晕点火装置的电压可以例如按照等量来减少。此时，例如为了补偿不同电晕点火装置的不同老化状态或者污染程度，单个电晕点火装置仍可以是不同的电压。

根据作为废气中的氧化氮浓度的特性的实际值和设定值的比较结果，外加至电晕点火装置并且根据本发明改变的电压可以是高频交流电压。该电压用于激励包括有点火二极管的振荡电路。也可以将一次电压的有效值看作是外加至电晕点火装置的电压，电压转换器由一次电压生成高频交流电压并且根据作为废气中的氧化氮浓度特性的实际值与设定值之间的比较结果来改变本发明的电压。

附图说明

使用示例性实施例并且参考附图说明本发明的细节和优点。

图1示意性地示出了内燃机点火系统的结构。

附图标记：

1 燃烧室

2 燃烧室壁

3 燃烧室壁

4 燃烧室壁，活塞18的顶部

5 点火电极

6 绝缘子

7 振荡器电路，串联振荡器电路

8 电容器

9 电感

10 高频发生器

11 直流电压源

12 变压器

13 中央传感器

14 一次线圈

15 一次线圈

16 高频选择开关

17 二次线圈

具体实施方式

图1示出了燃烧室1，该燃烧室由位于接地电位的壁2、3和4围成。点火电极5从上方伸入到燃烧室1中，所述燃烧电极的部分长度段由绝缘子6包围，该电极由该绝缘子以电绝缘的方式通过上壁2引入至燃烧室1中。点火电极5和燃烧室1的壁2至4是振荡器电路7的一部分，该电路还包括电容器8和电感9。当然，振荡器电路7可进一步包括电感和/或电容器以及本领域技术人员所熟知的其它部件作为振荡器电路的可能部件。

为了激励振荡器电路7，提供了直流/交流转换器，在所示的范例中，该转换器由高频发生器10形成，该发生器10具有直流电压源11和变压器12。该变压器的一次侧具有中央传感器13，两个一次线圈14和15在中央传感器13处连接。为了生成电晕放电，在直流/交流转换器上特别是在中央传感器13的位置外加一次电压。一次电压可由直流电压源11的电压例如通过脉宽调制过程生成，并因此可以调整至期望值。

根据本发明，一次电压的有效值可被视为外加至电晕点火装置的电压，当作为废气中的氧化氮浓度的特性的实际值自设定值的偏离超过规定阈值并且实际值大于该设定值时，减小该电压。还可以采用其它电压转换器生成一次电压，该转换器外加有直流电压或交流电压，如果采用固定发动机，这些电压可引自例如普通电网。如果电压转换器未被视为电晕点火装置的一部分，根据本发明，激励振荡器电路的高频交流电压可视为外加至电晕点火装置的电压，并且当作为废气的氧化氮浓度的特性的实际值自设定值的偏离大于规定阈值并且该实际值大于该设定值时，减小该电压。

一次线圈14和15远离中央传感器13的末端经由高频选择开关16交互接地。高频选择开关16的开关频率决定串联振荡器电路7的激励和改变频率。变压器12的二次线圈17在点A给串联振荡器电路7供电。高频选择开关16借助于调节电路控制以便于在共振频率时激励振荡电路。那么，点火电极5的端部和位于地电位的壁2至4之间的电压处于其最大值。

Claims (9)

1.一种用于控制内燃机的电晕点火装置的方法，其中：

向电晕点火装置施加电压以产生电晕放电，所述电晕放电点燃发动机的燃烧室内的燃料；

将作为废气中的氧化氮浓度的特性的实际值与设定值相比较，并且

如果实际值自设定值的偏离超过规定阈值并实际值大于设定值，在比较后减小所述电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果实际值自设定值的偏离大于规定阈值并实际值小于设定值，在比较后增大所述电压。

3.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，使用传感器测量作为废气中的氧化氮浓度的特性的实际值。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用发动机运行数据计算作为氧化氮浓度的特性的实际值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用燃烧温度或点燃延迟计算作为氧化氮浓度的特性的实际值。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，独立于作为氧化氮浓度的特性的实际值的电压的最大值被规定且不可超出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过评估电晕点火装置中的振荡器电路(7)的电气特性变量来以动态方式确定所述最大值。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据实际值和设定值的比较结果，逐步改变所述电压，所述电压的大小不受实际值自设定值的偏离幅度的影响。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，施加至电晕点火装置的电压是高频交流电压，该高频交流电压由使用电压转换器的一次电压生成。