CN107917032B - 火花塞状态监测 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于监测包括内燃机(1)的火花塞(30)的点火系统(56)的方法。该方法包括确定(108)与指示在火花塞(30)的致动期间点火系统(56)的操作的电参数相关联的操作值(CR)。该方法进一步包括确定(106)指示内燃机(1)的当前发动机操作状态的至少一个参数，以及基于至少一个发动机参数和与点火系统(56)的电参数相关联的操作值(CR)来确定(116)火花塞(30)的当前火花塞状态。

Description

火花塞状态监测

技术领域

本发明总体上涉及内燃机。更具体地，本发明涉及用于监测火花塞的 方法，以及用于内燃机的相关控制系统。

背景技术

没有燃烧发生的操作周期被称为失火周期。内燃机可遭受各种原因的 失火。失火可能是由点火系统的故障引起。可选择地，燃料和空气的混合 物可能是不适当的，例如，由于不足的燃料供应或燃料空气混合物中的过 量燃料。作为失火的不期望结果，未燃烧的燃料可积聚在内燃机的排气通 道中。这可导致发动机的爆炸和潜在损害。

在DE102008041386A1中公开了一种用于监测点火系统的示例性系统。 控制器具有电流检测机构用于在电极之间提供有点火电压的状态下检测 点火塞的电极之间流动的次级电流。如果由电流检测机构检测到的次级电 流等于或大于预设参考电流值，则点火检测机构检测点火顺序，且如果检 测的持续时间小于参考时间则持续预设参考时间，则检测点火故障。

本发明至少部分地涉及改进或克服现有系统中的一个或多个方面。

发明内容

在一个方面，公开了一种用于监测包括内燃机的火花塞的点火系统的 方法。该方法包括确定与指示火花塞的致动期间点火系统的操作的电参数 相关联的操作值。该方法进一步包括确定指示内燃机的当前发动机操作状 态的至少一个参数。该方法进一步包括基于至少一个发动机参数和与点火 系统的电参数相关联的操作值来确定火花塞的当前火花塞状态。

例如，电参数可以是点火系统的点火线圈的次级电流的电流强度，点 火线圈的初级电流的电流上升时间段，和/或点火线圈的次级电压的次级击 穿电压。

在另一方面，公开了一种用于内燃机的点火系统。点火系统包括至少 一个火花塞、用于至少一个火花塞的点火线圈、以及电连接到点火线圈并 被配置为执行根据以上方面的方法的控制单元。

在又一方面，公开了一种计算机程序。该计算机程序包括计算机可执 行的指令，当在计算机上运行该指令时致使计算机执行根据以上方面的方 法的步骤。

从以下说明和附图中，本发明的其它特征和方面将变得显而易见。

附图说明

并入本文并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的的示例性实 施例，且其与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1示出了配备有预燃室的内燃机的一部分的示意性剖视图；

图2示出了包括火花塞的示例性预燃室组件的示意性剖视图；

图3示出了用于监测根据本发明的点火系统的方法；以及

图4示出了在致动火花塞期间火花塞的示例性电参数的示意图。

具体实施方式

以下为本发明的示例性实施例的详细说明。在本文描述且在附图中示 出的示例性实施例旨在教导本发明的原理，从而使本领域普通技术人员在 许多不同的环境中实施和使用本发明并用于许多不同应用。因此，示例性 实施例并不旨在且不应被视作为专利保护范围的限制性说明。相反，专利 保护范围应当由所附权利要求来限定。

本发明部分地基于以下实现：可以实时地确定内燃机的操作期间当前 火花塞(磨损)状态。当前火花塞状态的确定是基于指示火花塞的致动期 间点火系统的操作的电参数的确定的操作值。当前火花塞状态的确定进一 步基于当前发动机操作状态，例如，发动机速度、发动机负载、压力水平、 当前点火角度等。例如，在相同发动机操作状态下，在火花塞的使用寿命 期间，点火系统的点火线圈的初级电流的上升时间段增加，因为火花塞的 电极磨损增加。例如，可能出现沉积物的形成，电极之间的间隙可能增加， 和/或熔融珠可能形成。因此，在非常简单的实例中，相等(或相同)发动 机操作状态的增加的上升时间段可指示火花塞的增加磨损状态。

特别地，可基于存储在内燃机的控制单元中的映射图来确定当前火花 塞状态。映射可提供多个凭经验确定的火花塞状态。这些火花塞状态中的 每一个取决于发动机操作状态和与火花塞的操作相关联的电参数的操作 值的特定组合。

本发明进一步部分地基于以下实现：点火系统的点火线圈的初级电流 的电流上升时间段特别地适合于用作与火花塞的操作相关联的电参数。电 流上升时间段可由火花塞的变压器的初级侧上的火花塞的点火驱动器来 确定，而无需任何附加设备。

本发明进一步至少部分地基于以下实现：在检测到燃烧过程和/或火花 塞的异常行为的情况下，可执行预设火花塞测试程序。这种异常行为可能 涉及发生失火的确定。另一方面，这种异常行为可能涉及与火花塞的操作 相关联的电参数的参考值和操作值之间的比较指示火花塞的异常行为的 情形。预设火花塞测试程序可包括用于在给定操作条件并采用给定点火系 统配置测试火花塞产生火花的能力的火花能力测试和用于测试给定操作 点处燃料空气混合物的点火能力的点火能力测试。

本发明进一步部分地基于以下实现：在火花塞的最优发火花条件期间 可以确定参考值。例如，在内燃机的正常操作之前可以确定参考值。具体 地，在内燃机的起动程序期间可确定参考值，在该起动程序期间没有加注 燃料和发生燃烧，且发动机由起动马达来驱动。在这种情形下，与正常操 作状态相比，火花塞的电极之间的压力水平和密度相对较低，并且因此能 够相对容易地产生火花塞的电极之间的火花。

现参考附图借助实例来解释本发明的一般原理。图1描绘了布置在内 燃机1(未进一步详细示出)的一部分的汽缸4中的活塞2。汽缸4由汽 缸盖6覆盖。活塞2、汽缸4和汽缸盖6一起限定内燃机1的主燃烧室8。 活塞2往复地布置在汽缸4中以在内燃机1的操作期间在上死点(TDC) 与下死点(BDC)之间移动。

为了描述本发明的示例性实施例的目的，内燃机1被视为至少部分地 以气体燃料操作的四冲程固定或船用内燃机，诸如气体燃料发动机或双燃 料发动机。然而，本领域技术人员将理解，内燃机可以为能够采用如本文 公开的火花塞诊断法的任何类型的发动机(涡轮、气体、柴油、天然气、 丙烷、两冲程等)。此外，内燃机可以是任何尺寸、具有任何数量的汽缸、 以及任何配置(V型、直列式、放射式等)。另外，内燃机可用于对任何机 器或其它装置提供动力，包括机车应用、公路用卡车或车辆、越野卡车或 机器、运土设备、发电机、航空航天应用、船舶应用、泵、固定设备或其 它发动机动力驱动应用。内燃机1可使用经由入口通道供应至汽缸4的预 混合燃料空气混合物，或者可直接将燃料喷射入汽缸4。

汽缸盖6包括至少一个入口阀10，例如提升阀。入口阀10容纳在入 口通道12(其在汽缸盖6的活塞侧面14中开口)中用于将气体燃料和空 气的混合物供应到主燃烧室8中。类似地，至少一个出口阀16(例如还为 提升阀)容纳在汽缸盖6的出口通道18中，以将排出气体引导到主燃烧 室8外。

汽缸盖6进一步包括预燃室组件20，多个流动传输通道22将主燃烧 室8与预燃室组件20(在图1中不可见)的内部流体地连接。

预燃室组件20经由安装主体24被安装在汽缸盖6中，如图1所示。 可选择地，预燃室组件20可以以任何其它方式安装在汽缸盖6中。

参照图2，以示意性剖视图示出了预燃室组件20。预燃室组件20包 括第一预燃室主体26、第二预燃室主体28和火花塞30。在一些实施例中， 预燃室组件20可进一步包括用于使预燃室组件20的预燃室34充实的燃 料供应装置。

第一预燃室主体26和第二预燃室主体28彼此连接。火花塞30容纳 在第二预燃室主体28中。

第一预燃室主体26包括并限定预燃室34、提升管通道38和流动传输 通道22。在装配状态，流动传输通道22将预燃室主体26的内部(预燃室 34和提升管通道38)和主燃烧室8(图1)流体连接。

预燃室34沿着第一预燃室主体26的纵向轴线A延伸，呈漏斗形，并 在朝提升管通道38的方向逐渐变细。可选择地，预燃室34可具有任何其 它形状，诸如圆柱形、角锥形、圆锥形，以及它们的组合。例如，预燃室 34可具有在汽缸4(见图1)的压缩体积的0.1％和10％之间的范围内的体 积。

火花塞30安装在预燃室组件20中，使得火花塞30可操作地耦接到 预燃室34。特别地，火花塞30的电极可进入预燃室34，使得电极之间的 火花点燃预燃室34中的混合物。

在一些实施例中，预燃室34可能省略和/或火花塞30可进入内燃机1 的主燃烧室8。例如，火花塞30可以是主燃烧室火花塞、预燃室火花塞、 腔室塞(包括用于屏蔽电极的整合腔室)、环型火花塞、j型火花塞等。

点火系统56包括控制单元50、点火线圈54和火花塞30。在一些实 施例中，点火线圈52可集成到火花塞30中。

控制单元50电连接到点火线圈54，该点火线圈54又电连接到火花塞 30。控制单元50配置为致动点火系统56。控制单元50可进一步配置为适 应内燃机1的操作，例如，适应发动机速度、适应冲入气体压力、适应燃 料供应、适应燃料供应和点火的正时等。控制单元50和/或点火系统56可 以是控制系统52的一部分(其进一步包括到各部件的电连接。)

控制单元50可以是单个微处理器或多个微处理器，该微处理器包括 用于控制内燃机1的各个部件的操作(除了别的之外)的装置。控制单元 50可以是能够控制内燃机1和/或其相关联部件的通用发动机控制单元 (ECU)，或者专用于点火系统56的特定发动机控制单元。控制单元50 可包括运行应用所需的所有部件，诸如例如存储器、次级存储装置和处理 器诸如中央处理单元或用于控制内燃机1和其部件的本领域公知的任何其 它装置。各种其它公知的电路可与控制单元50相关联，包括电源电路、 信号调节电路、通信电路以及其它适当的电路。控制单元50可分析并比 较接收和储存的数据，并且基于储存在存储器中的指令和数据或者用户的 输入确定是否需要行动。例如，控制单元50可将接收到的值与储存存储 器中的目标值进行比较，并且基于比较结果将信号传输至一个或多个部件 以改变该部件的操作状态。

控制单元50可包括用于储存与内燃机1以及其部件的操作有关的数 据的本领域已知的任何存储装置。数据可以以一个或多个映射图(映射) 的形式被储存。映射图中的每一个可以是表、图和/或方程的形式，且可包 括从内燃机1的实验室和/或室外操作或模拟收集的数据汇编。映射图可通 过在各个操作状态下执行关于内燃机1的操作的仪器测试而产生，同时改 变与其相关联的参数或执行各种测量。控制单元50可参考这些映射图并 控制一个部件的操作以响应另一部件的期望操作。例如，该映射图可包括 火花塞状态的经验数据，该火花塞状态取决于火花塞30的电参数的操作 值和内燃机1的操作状态的特定组合。

控制单元50进一步配置为执行如本文所公开的控制方法，特别地， 如以下参照图3和4所描述的控制方法。

在下面，描述了一种用于监测和评估火花塞30的(磨损)状态的示 例性方法。该示例性方法将点火系统56的点火线圈54的初级电流的电流 上升时间段用作指示火花塞30的操作和可操作性的电参数。已经发现使 用所述电流上升时间段特别地适合于本申请。原因是，该电流上升时间段 可直接地从点火驱动器中读出，而无需特定设备。然而，应当注意，类似 于所描述的电流上升时间段，可以使用其它电参数。在一些实施例中，另 外或可选择地，可以使用例如次级电压、次级电流、初级电压、离子传感 等。

在图4中，在公共图中描绘了与火花塞30的操作相关联的示例性电 参数。该图具有作为横坐标的时间轴，且纵坐标分别指的是电流强度和电 压。曲线60指示在火花塞30的致动期间次级电压的示例性发展。在次级 击穿电压62(其为最大次级电压)处产生火花。曲线70指示在火花塞30 的致动期间初级电流的示例性发展。图4进一步指示初级电流的示例性电 流上升时间段t1。电流上升时间段t1被限定为达到第一预定电流水平72 和达到第二预定电流水平74之间的时间段，在火花塞30的致动期间，该 第一预定电流水平可以是(大约)初级电流发展70的电流上升72的开始 点，该第二预定电流水平可以是大约初级电流发展70的上升结束点(最大 值)。应当注意到，相应于初级电流发展的预设最大电流的时间点，上升时 间段t1的结束点不是必须的。相反，取决于操作状态和控制设置，它可能 在最大电流之前、最大电流之处、或最大电流之后。在一些时间点，在火 花塞30的电极处施加的次级电压足够大以在火花塞30的电极之间产生火 花(由次级击穿电压62指示)。

具体地，由于电流增加，在点火线圈54的初级侧处产生磁场。这感 应出次级磁场，且因此基于线圈配置产生非常高的次级电压。在电流的这 种变化期间，在一些时间点，次级电压可以足够大以使火花塞30的两个 电极之间的气体电离并导致击穿。由于并不需要太大电压来维持火花，故 一旦产生火花，次级电压大幅下降。

在下面，讨论了不同操作模式期间的电流上升时间段，即参考上升时 间段RR1、参考上升时间段RR2、和实际(现在的)上升时间段CR。那 些上升时间段RR1、RR2和CR中的每一个指的是用于内燃机1的不同操 作状态的在图4中示出的时间段t1，如以下详细描述。

在图3中示出的示例性方法在确定第一参考上升时间段RR1的步骤 102处开始。在内燃机1的发动机预起动操作模式期间确定第一参考上升 时间段RR1。在发动机预起动期间，内燃机1尚未运行(既不是起动装置 驱动内燃机1，也不发生内燃机1的燃烧室中的燃烧)。换句话说，在发动 机预起动期间在汽缸4中不发生压缩。发动机预起动用于使内燃机1为操 作做准备，例如，通过预润滑移动部件。

第一参考上升时间RR1可用于检查点火系统56是否是完好无损并起 作用的。例如，第一参考上升时间RR1可与储存在控制单元50中的预设 参考值相进行比较。另外，第一参考上升时间RR1可用于检查点火线圈 54是否处于可接受操作范围内，例如，通过比较第一参考上升时间RR1 和储存在控制单元50中的基值。进一步地，第一参考上升时间RR1可用于通过将其与储存在控制单元50中的预定映射图进行比较来检查点火线 圈54随时间的老化。

针对每个汽缸4单独地确定第一参考上升时间段RR1。多个确定的第 一参考上升时间段RR1被保存在存储器中，用于进一步处理，例如通过控 制单元50。

然后，在内燃机1的发动机清洗操作模式期间，在步骤104中确定第 二参考上升时间段RR2。在发动机清洗操作模式中，内燃机由起动装置驱 动以例如清洗入口通道、燃烧室和出口通道。在发动机清洗操作模式期间， 活塞往复运动，且发生燃烧室的压缩。在发动机清洗操作模式期间所确定 的第二参考上升时间段RR2被视为点火系统56的近似最佳操作上升时间 段。原因是，火花塞30的电极之间的密度小于感兴趣的正常操作下的密 度，由于在发动机清洗操作模式期间没有发生燃料加注(且没有燃烧)。 在正常操作期间，如果没有发生火花塞30等的故障，则可预期上升时间 段比第二参考上升时间段RR2长。

所述发动机清洗操作模式可特别地用于大型内燃机。典型地，那些大 型内燃机具有大于50kW，特别地80kW每汽缸4的额定功率输出，且例 如，在船舶上运行或作为固定发电厂的驱动源。

针对每个汽缸4单独地确定第二参考上升时间段RR2。多个确定的第 二参考上升时间段RR2被保存在存储器中用于进一步处理，例如通过控制 单元50。

在发动机清洗操作模式之后，内燃机1过渡到正常操作模式，其中内 燃机1由燃料空气混合物的燃烧来驱动。

在内燃机1的正常操作模式期间，发动机操作状态被不断地测量和/ 或确定(步骤106)。例如，指示当前发动机操作状态的参数是进气压力、 汽缸内压力、负载、发动机速度、进气温度、动力输出、气体质量、点火 正时等。发动机操作状态可与汽缸特定参数和/或发动机特定参数有关。

在一些实施例中，在步骤106中可确定指示所确定的发动机操作状态 的特征或密钥编号。

此外，在内燃机1的正常操作期间，另外地确定火花塞30的实际上 升时间段CR(步骤108)。在一些实施例中，确定了后续点火/燃烧周期的 多个实际上升时间段，且计算出实际上升时间段CR的平均值(例如，浮 动平均、算术平均等)。例如，在可比较发动机操作状态下确定的10至100 个实际上升时间段CR可被平均以降低异常值的影响。

针对每个汽缸4单独地确定实际上升时间段CR。多个实际上升时间 段CR可以保存在存储器中，用于进一步处理，例如通过控制单元50。

在决定110处，确定实际(平均)上升时间段CR是否小于第二参考 上升时间段RR2。在实际上升时间段CR小于第二参考上升时间段RR2的 情况下，方法前进至步骤112和114，其代表用于测试火花塞30的可操作 性的示例性预设方法。另一方面，在实际上升时间段CR大于第二参考上 升时间段RR2的情况下，方法前进至步骤116。

在实际上升时间段CR短于第二参考上升时间段RR2的情况下，发生 点火线圈54的初级电流的上升在正常操作中早于清洗操作的情形。如上 所述，第二参考上升时间段RR2被视为操作期间的近似最佳上升时间段。 短于第二参考上升时间段RR2的上升时间段指示，发生点火系统56的故 障或者火花塞30的异常行为。火花塞30的异常行为的其它实例包括点火 线圈54的所需次级击穿电压62在正常操作中比第二参考击穿电压62较 低的确定，该第二参考击穿电压62在发动机清洗操作模式期间类似于第 二参考上升时间段RR2被确定。例如，当由于电极的熔融金属的积聚而在 火花塞30的电极上有珠子形成时，可发生这种情形。这种积聚可能降低 电极间隙并导致操作异常。与点火系统56相关联的另一电参数(其可被 监测以确定火花塞状态)是次级电流。

为了查明火花塞30的异常行为的故障，可执行火花能力测试112和/ 或点火能力测试114。

火花能力测试112包括在预设火花能力测试点火正时致动火花塞30。 预设火花能力测试点火正时相对于在实际上升时间段CR的确定期间所使 用的点火正时较早偏移。换句话说，在正常操作期间(在步骤108中实际 上升时间段的确定期间)，预设火花能力测试点火正时在火花塞30的点火 正时之前。当火花塞30在预设火花能力测试点火正时致动时，确定点火 是否由火花塞30引起。例如，可以监测与燃烧室(预燃室34或主燃烧室 8)(其与火花塞30相关联)的点火角度、温度或压力有关的参数以确定 是否发生燃烧并且因此发生点火。另外或可选择地，可以监测与火花塞30 的操作相关联的至少一个电参数以确定是否在火花塞30的电极之间产生 火花。

较早偏移示例性火花能力测试的点火正时的理念是基于以下考虑。当 活塞2向上移动时，在上死点(TDC)之前的较早正时火花塞30的电极 之间的压力和密度较低，且与超过该点朝TDC的位置相比空气(或燃料 空气混合物)较少被压缩。因此，通常更容易在火花塞30的电极之间产 生火花。在当较早致动火花塞30时可能观察到燃烧并产生火花的情况下， 尽管在较晚正时不可能产生火花，但可以确定对于具有较高密度和压力的 操作点，火花塞30不可能可靠地操作。例如，由于在较高密度和压力处 用于产生火花的较大电极磨损而被火花塞30所需求的击穿电压对于点火 系统56的给定配置可能太大。另一方面，在当较早致动火花塞30时不可 能产生火花(观察到燃烧)的情况下，可以确定对于较低密度和压力的操 作点，火花塞30同样不可能可靠地操作。例如，甚至对于在较低密度和 压力处产生火花，火花塞30的电极磨损可能已经太大，或者可能发生阻 止火花的产生的火花塞30的任何其他故障，不考虑操作状态。

在一些实施例中，点火正时可以在0°(曲柄转角)和约20°之间的范 围，特别在约5°和约10°之间的范围较早偏移(预设火花能力测试点火正 时可以在正常点火正时之前)。通常，正常点火正时可以在约40°BTDC(上 死点之前)和约10°ATDC(上死点之后)之间的范围。

在下面，术语“火花能力测试的肯定结果”指的是在预设火花能力测 试点火正时观察到燃烧的情形。术语“火花能力测试的否定结果”或“火 花塞的降低的火花能力”指的是在预设火花能力测试火花正时没有观察到 燃烧的情形。

点火能力测试114包括在预设点火能力测试点火正时致动火花塞30。 预设点火能力测试点火正时相对于在实际上升时间段CR的确定期间所使 用的点火正时较晚偏移。换句话说，在正常操作期间(步骤108中实际上 升时间段CR的确定期间)预设点火能力测试点火正时在火花塞30的点火 正时之后。当火花塞30在预设点火能力测试点火正时致动时，确定点火 是否由火花塞30引起。例如，可以监测与燃烧室(预燃室34或主燃烧室 8)(其与火花塞30相关联)的温度或压力有关的参数以确定是否发生燃 烧并且因此发生点火。另外或可选择地，可以监测与火花塞30的操作相 关联的至少一个电参数以确定是否在火花塞30的电极之间产生火花。

较晚偏移(更靠近TDC)示例性点火能力测试的点火正时的理念是基 于以下考虑。为了获得点火，燃料空气混合物需要具有期望范围内的空气 与燃料比。在过量燃料或过量空气的情况下，即使产生火花，可能发生不 能点火或燃烧混合物。通过较晚偏移点火正时，通过朝TDC移动活塞2 而沿火花塞30的电极的方向推进更多和更新鲜混合物而试图改变火花塞 30的电极之间的混合物性质，从而增加将在先燃烧周期的惰性残余气体推 离的机会。在较晚正时观察到点火或燃烧的情况下，可以确定产生火花且 火花塞30仍在运行。为了确保燃烧也在正常点火正时，燃料空气混合物 的混合物性质可能不得不被改变。另一方面，在较晚正时没有观察到点火 或燃烧的情况下，可以确定混合物性质不是火花塞30失火或者异常行为 的原因。

是否发生燃烧/在预设火花能力测试点火正时和预设点火能力测试点 火正时是否产生火花的确定结果可以保存在控制单元50的存储器中。

在一些实施例中，点火正时可以在0°和约20°之间的范围，特别在约 5°和约10°之间的范围较晚偏移(预设点火能力测试点火正时可以在正常 点火正时之后)。在下面，术语“点火能力测试的肯定结果”指的是在预 设点火能力测试点火正时观察到燃烧的情形。术语“点火能力测试的否定 结果”或“燃料空气混合物的降低的点火能力”指的是在预设点火能力测 试点火正时没有观察到燃烧的情形。

在实际上升时间段CR不小于参考上升时间段RR2(决定10)的情况 下，方法前进至步骤116。在此确定当前火花塞状态。具体地，控制单元 50可基于存储在控制单元50的存储器中的映射图来确定火花塞30的状态。 该映射图可包括基于发动机操作状态和上升时间段而凭经验确定的火花 塞状态，例如电极间距的范围。特别地，在步骤106中确定的发动机操作 状态(或特征值)和在步骤108中确定的电流上升时间段CR可作为映射 图的输入值，该映射图基于经验数据输出相应火花塞状态。映射图可以是 表、图和/或方程的形式，且可包括从内燃机1的实验室和/或室外操作或 模拟收集的数据汇编。

当前火花塞状态的信息可以由操作员使用以确定火花塞30的维修和 维护间隔。另外，基于所确定的火花塞状态，例如基于存储在控制单元50 的存储器中的相应映射图，可以评估火花塞30的使用寿命的剩余范围。 为了评估火花塞30的使用寿命的剩余范围，在一些实施例中，可以使用 与相同火花塞和/或其他火花塞的前述火花塞状态有关的历史数据。

该方法可以前进到决定118。在此检查失火(无燃烧)是否发生在一 个特定汽缸4中。例如基于汽缸内温度偏差、汽缸内压力偏差、发动机速 度变化和/或爆震传感器的输出、离子传感等可以检测失火。在无失火发生 的情况下，该方法返回到步骤106和108。另一方面，在确定发生失火的 情况下，该方法前进到预设火花塞测试程序，例如火花能力测试120和点 火能力测试122以确定为什么在操作周期期间没有出现燃烧。具体地，可 以检查失火是否由火花塞30的电极之间的易燃或易点燃混合物的不可用 (点火能力测试122)，或者是否由产生火花塞30的电极之间的火花故障 (火花能力测试120)引起。

为了查明失火故障，可以实施火花能力测试120和/或点火能力测试 122。可以根据本文已经描述的火花能力测试112和点火能力测试114分别 实施火花能力测试120和点火能力测试122。

火花能力测试112、120和点火能力测试114和122的结果被控制单元 50处理，如果需要，该控制单元50响应地确定点火系统状态并控制内燃 机1的操作以适应发动机操作(步骤124)。

例如，在步骤124中，在火花能力测试具有肯定结果(观察到燃烧) 以及点火能力具有否定结果(没有观察到燃烧)的情形发生的情况下，控 制单元50可以降低内燃机1的动力，改变点火角度，改变与相应火花塞 30相关联的至少汽缸4的空气燃料比等。

作为另一实例，在步骤124中，在火花能力测试具有否定结果以及点 火能力具有肯定结果的情形发生的情况下，控制单元50还可降低内燃机1 的受影响汽缸4或所有汽缸的负载，且控制单元50可较早改变相应火花 塞30的点火正时。因此，由于内燃机1的降低的动力以及较早点火正时 引起的火花塞30的电极周围的较低密度可允许产生具有高磨损(沉积物 的形成、珠子形成、大的电极间隙)的火花塞30的火花。

此外，在步骤124中，在火花能力测试和点火能力测试具有否定结果 的情形发生的情况下，控制单元50可停止内燃机1的操作，或可停用受 影响的汽缸4或者将负载降低到安全水平。

仍进一步地，在步骤124中，在火花能力测试和点火能力测试具有肯 定结果的情形发生的情况下，控制单元50可操作内燃机1，而无需任何适 应。

在执行步骤124之后，该方法返回到前述步骤106和108。

应当注意，本文所公开的火花能力测试112、120和点火能力测试114、 122沿相反方向偏移点火正时。因此，在一个测试中变弱的影响在其他测 试中加强，使得可以作出火花塞的异常行为和/或失火的确定原因之间的可 靠区别。特别地，在火花能力测试点火正时降低密度和压力水平，以及在 点火能力测试点火正时增加密度和压力水平。

此外，应当注意，可以针对内燃机1的每个汽缸4单独执行该方法。

应当认识到，以上描述的方法仅为示例性。因此，可以改变方法步骤 的顺序和/或可以添加或省去单独的方法步骤。例如，可以在决定110之前 确定当前火花塞状态(步骤116)。作为另一实例，可以包括其他预设火花 塞测试以平行实施或代替火花能力测试112、120和/或点火能力测试114、 122。还可以使用反馈的其他方式如次级电压。

工业实用性

本文所公开的方法和控制系统可应用于内燃机用于监测点火系统和 火花塞的状态。特别地，本文所公开的方法和系统可以用于大型内燃机， 其中汽缸的燃烧过程可以单独地被控制使得具有降低的火花能力的火花 塞的汽缸可以在低负载条件下进一步操作以维持受影响汽缸的操作直至 下一个维持。本文所公开的方法和控制系统可进一步帮助查明火花塞的失 火和/或异常行为的原因。

当引用可测量值诸如参数、量、时距等时，本文所使用的术语诸如“约”、 “大约”、“近似”或“基本上”意思是涵盖±10％或更少，优选±5％或更少， 更优选±1％或更少，还更优选0.1％或更少特定值的变化，只要这些变化适 合在所公开发明中实施。应当理解，修饰语“约”引用的值其自身也被具 体且优选地公开。

明确的说明了说明书和/或权利要求中所公开的所有特性是相互单独 独立公开的，其目的是原始公开以及限定申明的发明独立于实施例和/或权 利要求中的特征的组成。明确的说明了所有数值范围或实体组的指示公开 了每个可能的中间值或中间实体，其目的是原始公开以及将申明的发明限 定为数值范围的限度。

尽管在本文已经描述了本发明的优选实施例，但在不脱离以下权利要 求的范围的情况下可以做出改进和修改。

Claims (12)

1.一种用于监测包括内燃机(1)的火花塞(30)的点火系统(56)的方法，所述方法包括：

确定(108)与指示在所述火花塞(30)的致动期间所述点火系统(56)的操作的电参数相关联的操作值；

确定(106)指示所述内燃机(1)的当前发动机操作状态的至少一个参数；

基于所述至少一个发动机参数和与所述点火系统(56)的所述电参数相关联的所述操作值(CR)来确定(116)所述火花塞(30)的当前火花塞状态；

执行用于所述火花塞(30)的测试操作的预设火花塞测试程序(112、114、120、122)；

其中，所述预设火花塞测试程序包括火花能力测试(112、120)，所述火花能力测试包括：

针对所述火花塞(30)的第一点火正时确定所述火花塞(30)的失火和/或异常行为发生；

在所述第一点火正时之前的预设火花能力测试点火正时致动所述火花塞(30)，

如果发生失火，则确定所述火花塞(30)具有降低的火花能力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定(116)所述当前火花塞状态的所述步骤使用提供多个凭经验确定的火花塞状态的映射图，每个火花塞状态取决于所述至少一个确定的发动机操作状态和与所述火花塞(30)的所述电参数相关联的所述确定的操作值(CR)的特定组合。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述操作值是所述点火系统(56)的点火线圈(54)的初级电流的实际上升时间段(CR)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中当发生失火和/或与指示所述点火系统(56)的所述操作的所述电参数相关联的所述操作值(CR)指示所述火花塞(30)的异常行为时执行所述预设火花塞测试程序。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述预设火花塞测试程序包括点火能力测试(114、122)，所述点火能力测试包括：

针对所述火花塞(30)的第一点火正时确定所述火花塞(30)的失火和/或异常行为；

在所述第一点火正时之后的预设点火能力测试点火正时致动所述火花塞(30)，

如果发生失火，则确定燃料空气混合物具有降低的点火能力。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

如果所述预设火花塞测试程序(114、122)指示燃料空气混合物具有降低的点火能力和/或所述预设火花塞测试程序(112、120)指示所述火花塞(30)具有降低的火花能力，则适应所述内燃机(1)的操作。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定与指示在所述火花塞(30)的致动期间所述点火系统(56)的操作的所述电参数相关联的参考值(RR2)，其中在具有压缩而无燃烧的所述内燃机(1)的操作期间确定所述参考值(RR2)；且

其中如果所述参考值(RR2)和所述操作值(CR)之间的比较指示所述火花塞(30)的异常行为，则执行所述火花塞测试程序(112、114、120、122)。

8.根据权利要求7所述的方法，其中

所述参考值是所述点火系统(56)的点火线圈(54)的初级电流的第一上升时间段(RR2)；

所述操作值是所述点火线圈(54)的初级电流的第二上升时间段(CR)；且

所述火花塞(30)的所述异常行为包括确定所述操作值(CR)小于所述参考值(RR2)。

9.根据权利要求7所述的方法，其中

所述参考值是与所述火花塞(30)相关联的点火线圈的次级击穿电压的第一电压量；且

所述操作值是与所述火花塞(30)相关联的所述点火线圈的次级击穿电压的第二电压量；

所述火花塞(30)的所述异常行为包括对所述操作值小于所述参考值的确定。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中：

确定所述操作值(CR)的步骤(108)包括确定多个操作值以及求所述多个操作值的平均值；和/或

在包括压缩和燃烧的所述内燃机(1)的操作期间确定所述操作值(CR)。

11.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：

基于汽缸内温度、汽缸内压力、发动机速度变化、离子传感和/或爆震传感器的测量值来确定(118)发生失火。

12.一种用于内燃机(1)的点火系统(56)，包括：

至少一个火花塞(30)；

用于所述至少一个火花塞(30)的点火线圈(54)；和

控制单元(50)，其电连接到所述点火线圈(54)并配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

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