CN1334901A - 点火控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于控制内燃机点火线圈装置的点火控制装置,它具有:一个转速检测装置,用于在一个相应汽缸的点火周期内的检测时刻检测内燃机的转速;一个确定装置,用于确定与检测转速对应的预定点火角,与检测的转速对应的预定充电时间及相应的充电开始角度;一个点火控制值输出装置,用于在充电时间输出方式中对点火线圈装置输出充电开始角度及充电时间及在点火角输出方式中对点火线圈装置输出充电开始角度及点火角;一个检测装置,用于在点火角输出方式中检测点火线圈装置末级的损耗功率临界状态;及一个点火控制方式确定装置,用于对点火周期从点火角输出方式及充电时间输出方式中确定一个点火控制方式;其中点火控制方式确定装置的构型是这样的,即当在点火角输出方式中检测到点火线圈装置末级的损耗功率临界状态时,确定充电时间输出式。
Description
本发明涉及点火控制装置及相应的点火控制方法。
虽然可使用任意的点火控制，但本发明及作为其基础的问题的说明将涉及装在机动车上的发动机控制装置。
用于控制点火线圈点火系统或装置的点火操作的点火控制装置基本具有两个控制功能：通过点火线圈导通持续时间或充电持续时间的理想点火能量的控制，及通过点火线圈关断时刻或充电结束时刻的点火脉冲的角度位置控制。
在线圈点火装置上通过点火线圈充电时间长度计量的点火能量相应于在线圈开关电路上施加的车载电网电压及该电路的时间常数而是不同的。
通常将相应的给定值与转速及另外可能的发动机参数的变化关系作为特性曲线族存储在控制装置中。
当出现转速动态变化时，给定值“充电时间”及“点火角”将产生控制目标的冲突。充电阶段开始的角度位置、即闭合开始角度必需这样地选择，以致在充电时间结束后达到点火角。这就是说，在计算点火操作的时刻，曲轴运动的时间-角度变化曲线必需已被知道。
在极端的转速动态变化及低频的转速采样的情况下，尤其在发动机起动时，在传统的点火控制装置中将形成该时间-角度变化曲线不可忽视的估算误差。
传统的控制装置具有一个角度发送器轮，用于输出角度信号，该角度发送器轮将角度上等距离的脉冲输送给点火控制装置。出于计算运行时间的原因，在通常的点火控制装置结构中点火操作的计算仅能分区段地进行，其中一个区段为曲轴720°的角度间隔除以汽缸数，即例如在一个四缸发动机上它为180°。因此，在计算中求得的点火操作的角度位置通过角度发送器轮及在点火控制装置中通常设有的定时器/计数器电路可被足够精确地测量，但计算本身要根据检测到的转速来进行，在转速动态变化时在点火位置上该转速将不能被测到。
为了解释该问题，图2表示出一个四缸内燃机中的点火序列。
在图2中，在x轴上以度数°标记曲轴转角KW，及在y轴上表示点火过程ZZ，它具有顺序…-2-1-3-4-2-…。一个完整的周期为720°kw，它相应于一个周期时间tZYK。一个区段为720°KW/4＝180°，相应于一个区段的时间tSEG。
图3表示一个四缸内燃机的第一汽缸的区段中关于点火线圈电流I2控制的点火控制功能的变化过程。
在0°时检测转速N及紧接着由一个特性曲线族推算出充电时间tL及点火角WZ(近似等于闭合角度)。
接着假定在匀速运动时由下列关系式求得闭合角度或充电开始角度WLB：
wLB＝wZ-tL·ω
式中ω为对应于转速N的角速度。出于计算运行时间的原因，点火操作的时间及角度位置仅能每个点火间隔计算一次。
在充电时间输出方式情况下，将借助一个计数器C1从0°开始通过曲轴传感器信号KWS来检测角度wLB，并当达到角度wLB时，控制点火线圈的末级输出。然后借助计时器控制充电持续时间tL，及在充电持续时间tL期满后中断控制输出。
在点火角输出方式情况下，将借助一个计数器C1从0°开始通过曲轴传感器信号KWS来检测角度wLB，并当达到角度wLB时，控制点火脉冲的末级输出。借助另一计数器C2从0°开始通过曲轴传感器信号KWS来检测角度wZ，及在达到角度wZ时中断控制输出。
因为转速变化过程的计算误差-例如在发动机起动时-是不能被忽略的，通常在点火控制装置中将进行控制目标即充电时间及点火角的优先选择。如果我们决定通过定时器/计数器电路精确地输出充电时间-所谓充电时间输出方式，则在起动加速(转速升高)时得到点火角的滞后偏移。如果相反地精确输出点火角-所谓点火角输出方式，则在起动的动态变化时充电时间缩短及由此使点火线圈中的能量减小，因而可能引起点火中断。
因此，通常的输出方法、即充电时间输出或点火角输出将根据目标系统的特性固定地预给定，或在一个临界转速上进行转换。对此通常在起动期间为充电时间输出及在一个临界转速上转换到点火角输出，在该临界转速上转速采样频率这样地高，即动态的误差可被忽略，但另一方面通过点火角使转矩的灵敏度大大增加。
在充电时间输出方式时，如以上参照图3所解释的，在达到充电开始角度后，等待一个充电时间并在精确保持线圈中给定能量的情况下进行点火，由此可保证在最小功率损耗的情况下达到足够的能量。在低转速及大加速度的情况下，将点火角与闭合时间及与给定点火角位置相关地滞后偏移。因此在该点火角的应用中，当转速处于起动机转速数量级的情况下将合乎目的地在提前的方向上使点火角附加一个动态提前量。
在点火角输出方式时，如以上参照图3所解释的，点火角与充电开始角度无关地被测出。在出现加速度的情况下，将在充电时间期满前被点火。在该应用中，当大的加速度及小转速的情况下将合乎目的地在延迟的方向上对充电时间施加一个动态提前量。
动态提前量基本上被施加得大于绝对需要的值，这将导致：在充电时间输出方式中在点火部件上形成附加功率损耗，及在点火角输出方式中会形成反转的危险。与给定值的最大偏移总是随第二次点火发生。这时转速仍还小但加速度通常已很大。
输出方法的选择通常还取决于：误差有多大及由此对能量或点火角方面所需的提前量应多大。在新施加点火时可能出现这样的情况，即在发动机冷态及同时缺乏测量读数(Magerauslegung)时点火角灵敏度增大，也就是，应选择点火角输出方式。因为新一代的点火末级可部分地直接安装在汽缸盖上，主要在发动机热态时损耗功率的导出有困难。对此赞成使用充电时间输出方式。
根据本发明的具有权利要求1特征的点火控制装置及根据权利要求5的相应点火控制方法相对公知的方案具有其优点，即它进行的是适合于点火控制装置的实际物理状态的点火方法选择。
该选择尤其对这种点火控制装置是必要的，即它们对于充电时间输出和点火角输出还不能有明显的优先选择。这里，对于使用具有和缓充电时间及可能装在热的汽缸盖上的点火单元、即线圈和点火器带来了较大的自由度。此外，本发明简化了点火控制装置的使用，因为点火方式的选择根据当前的物理状态自动地求得。因此，可使对不同应用领域要求的适应变得大大容易。
作为本发明基础的构思在于，在损耗功率临界状态时由于对时间-角度关系的了解差总是启动充电时间输出。这里，这种损耗功率临界状态将由一个估算末级温度的简单计算模型自动地识别。当根据损耗功率临界状态决定用充电时间输出时，就合乎目的地相对其它可能的判据来说作出了出于保护部件原因的决定。
在从属权利要求中描述了对权利要求1中给出的点火控制装置及对权利要求5中给出的点火控制方法的进一步构型及改进。
在一个优选的构型中，设有一个提前量确定装置，用于对于点火角输出方式在预定转速、最好在低转速时及在正的加速度时确定向延迟方向上的动态提前量，和/或对于充电时间输出方式确定向提前方向上的动态提前量。
根据另一优选构型，用于在点火角输出方式中检测点火线圈装置末级的损耗功率临界状态的检测装置具有：一个用于求得点火线圈装置末级温度的温度求值装置；一个温度升高预报装置，用于在点火角输出方式中点火发生后预报点火线圈装置末级的温度升高；及一个决定装置，用于当求得的温度升高超过一个预定值及最好当同时检测的转速低于一个预定值时，决定一个损耗功率临界状态。
根据另一优选构型，用于求得点火线圈装置末级的温度的温度求值装置具有：一个用于检测发动机温度的温度检测装置；及一个温度估算装置，用于借助检测的发动机温度估算点火线圈装置末级的温度。
本发明的实施例被表示在附图中及在以下的描述中详细地说明。附图为：
图1：用于说明本发明一个实施例的流程图；
图2：在一个四缸内燃机中点火序列的概要表示；及
图3：在四缸内燃机的第一汽缸的区段中点火控制过程的概要图。
在附图中相同的参考标号表示相同或功能相同的元件。
图1表示用于说明本发明一个实施例的一个流程图。在该实施例中将提供以下的方案。
在点火角输出方式中，在小转速时对充电时间在延迟的方向上施加动态提前量。这在发动机热态起动时并尤其在静态状态或转速负向变化时将导致点火线圈末级的过热。
如果线圈温度非常高，例如在发动机热态起动时，则应该减小损耗功率，也就是说，必需转换到充电时间输出方式，因为在该方式中对充电时间在延迟的方向上不施加引起附加损耗的动态提前量。
末级外壳的温度值将由发动机温度导出，该温度值在步骤S100被测量。作为点火线圈末级外壳的温度值将采用发动机温度tmot附加一个偏移值。
点火线圈末级的温度变化过程将在步骤S200中估算，对于该温度变化过程将假定一个简单的温度模型。
末级损耗功率将被表示为包括动态提前量在内的预定充电时间的函数。该损耗功率通过直到末级外壳安装处的热阻产生温度升高。该热阻在这里被描述为比例常数。
末级的基本温度向温度升高值的过渡通过一个一阶低通滤波器来描述。
如果末级的温度变化TE超过了一个阈值S及转速N低于一个阈值NO，则立即转换到充电时间输出方式。该判据合乎目的地取代了方式转换的所有其它判据。
在继续运行中可保持该充电时间输出方式LZA，或在低于阈值S或转速超过阈值NO的情况下转换回点火角输出方式。也可设置其它的判据用于随后的方式决定，例如误差估算等。
如果点火装置不是输出一个点火脉冲而是输出一个点火脉冲链，则充电时间将使用各充电时间的和。功率损耗将附加地用一个涉及火花带的系数来加权。损耗功率将作为相应于一个工作循环持续时间的点火过程的充电时间总和的函数来给出。
以下将描述一个温度模型的具体例子，为此假设，末级设置在一个温度散热器(Temperatursenke)上，该散热器的温度直接与发动机温度tmot相关。末级中温度升高的终值由损耗功率及直到散热器的热阻来得出。
外壳温度tambient将由下式得到：
tambient＝tmot-dtemp
式中dtemp为外壳温度与发动机温度之间的温度偏移或温度差。
由此得到以下作为闭合时间函数的功率损耗Pverlust：
Pverlust＝f(闭合时间)+fubaanz·校正系数
其中闭合时间为总的闭合时间，这就是说，在传统点火时为充电时间及在火花带点火时为闭合时间的总和。
fubaanz为在有效火花带点火时被点火控制装置中断的火花数，及校正系数为损耗功率结算的校正系数，因为损耗功率结算在火花带点火时在充分利用剩余能量的情况下被不同地计算。
在末级中最后的温度升高根据下式为：
dtverlust＝Pverlust×热传导系数
式中dtverlust为损耗功率引起的温度温度升高，及热传导系数是相应热传导的一个比例常数。
通过一阶低通滤波器得到温度的分布：
tendstufe＝tambient+(1-e-t/τ)dtverlust
式中tendstufe是末级的估算温度，t为时间及τ为时间常数。
一旦tendstufe大于所述阈值S，只要转速N仍小于阈值NO，
将立即转换到充电时间输出，在该阈值以上点火输出仅具有可忽略的容差。
虽然本发明主要借助优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于此，而是可有各种方式的变更。
虽然上述例子仅描述了对本发明相对重要的温度判据，当然对于方式转换还可提供其它的判据。
Claims (9)
1.用于控制内燃机点火线圈装置的点火控制装置，具有：
一个转速检测装置，用于在一个相应汽缸的点火周期内的检测时刻检测内燃机的转速；
一个角度检测装置，用于检测内燃机当前的曲轴转角；
一个确定装置，用于确定与检测的转速对应的预定点火角，与检测的电池电压对应的预定充电时间及相应的充电开始角度；
一个点火控制值输出装置，用于输出点火线圈装置的充电时间，它开始于充电开始角度并通过在充电时间输出方式中附加充电时间及在点火角输出方式中计数充电角度直到点火发生；及
一个充电方式确定装置，用于对点火周期从点火角输出方式及充电时间输出方式中确定一个充电方式，它的构型是这样的，即它根据至少一个确定点火线圈装置末级温度的参数确定充电方式。
2.根据权利要求1的点火控制装置，其特征在于：设有一个提前量确定装置，用于对于点火角输出方式在预定转速、最好在低转速时及在正的加速度时确定向延迟方向的动态提前量，和/或对于充电时间输出方式确定向提前方向的动态提前量。
3.根据权利要求1或2的点火控制装置，其特征在于：设有一个检测装置，用于在点火角输出方式中检测点火线圈装置末级的损耗功率的临界状态，该检测装置具有：
一个温度求值装置，用于求得点火线圈装置末级的温度；
一个温度升高预报装置，用于在点火角输出方式中点火发生后预报点火线圈装置末级的温度升高；及
一个决定装置，用于当求得的温度升高超过一个预定值及最好当同时检测的转速低于一个预定值时，决定一个损耗功率临界状态。
4.根据权利要求3的点火控制装置，其特征在于：用于求得点火线圈装置末级的温度的温度求值装置具有：
一个用于检测发动机温度的温度检测装置；及
一个温度估算装置，用于借助检测的发动机温度估算点火线圈装置末级的温度。
5.用于控制内燃机点火线圈装置的点火控制方法，具有以下步骤：
在一个相应汽缸的点火区段内的检测时刻检测内燃机的转速；
确定与检测的转速对应的预定点火角，与检测的转速对应的预定充电时间及相应的充电开始角度；
在充电时间输出方式中对点火线圈装置输出充电开始角度及充电时间，及在点火角输出方式中对点火线圈装置输出充电开始角度及点火角；
在点火角输出方式中检测点火线圈装置末级的损耗功率临界状态；及
当在点火角输出方式中检测到点火线圈装置末级的损耗功率临界状态时，确定充电时间输出方式。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于：在常规状态时确定点火角输出方式，及在识别出点火线圈装置末级的临界温度时转换到充电时间输出方式。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于：当发动机温度高于一个预定温度阈值及转速低于一个预定转速阈值时转换到充电时间输出方式。
8.根据权利要求6或7的方法，其特征在于：当点火线圈装置末级的临界温度通过一个损耗功率模型结合一个末级温度模型被确定以及转速低于一个预定转速阈值时，转换到充电时间输出方式。
9.根据权利要求4的方法，其特征在于：损耗功率模型考虑火花带点火，转速，闭合时间及电池电压。
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