CN103790750B - 产生火花塞电极间离子电流的方法和装置 - Google Patents

产生火花塞电极间离子电流的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103790750B
CN103790750B CN201310517969.1A CN201310517969A CN103790750B CN 103790750 B CN103790750 B CN 103790750B CN 201310517969 A CN201310517969 A CN 201310517969A CN 103790750 B CN103790750 B CN 103790750B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
time interval
ignition
ion current
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310517969.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103790750A (zh
Inventor
A·S·苏亚塔
阮刚华
S·海因策尔曼
D·维斯滕哈根
U·舍瑙尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Original Assignee
Beru AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beru AG filed Critical Beru AG
Publication of CN103790750A publication Critical patent/CN103790750A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103790750B publication Critical patent/CN103790750B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/06—Other installations having capacitive energy storage
    • F02P3/08—Layout of circuits
    • F02P3/0876—Layout of circuits the storage capacitor being charged by means of an energy converter (DC-DC converter) or of an intermediate storage inductance
    • F02P3/0884—Closing the discharge circuit of the storage capacitor with semiconductor devices
    • F02P3/0892—Closing the discharge circuit of the storage capacitor with semiconductor devices using digital techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/101—Engine speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/021—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using an ionic current sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
    • F02P2017/128—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits for knock detection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F02P5/152—Digital data processing dependent on pinking

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

本发明涉及一种产生离子电流的方法，所述离子电流以直流电的形式出现在火花点火式发动机的火花塞的中心电极与一个或多个侧电极之间，所述火花点火式发动机由点火电压源反复供给点火电压，其中所述火花点火式发动机配有发动机控制单元，其在发动机循环中，确定每个火花塞的目标点火点和/或处在目标点火点之前的点火电压源的激活点，并设有第二电压源，提供第二电压以产生离子电流，所述第二电压源在发动机循环中持续第一时间间隔Δt1，所述第一时间间隔短于发动机循环的持续时间，所述第二电压源连接到火花塞电极，其中作为第二电压作用在火花塞电极的结果，所述离子电流在避开点火电压源的路径上流动。

Description

产生火花塞电极间离子电流的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种产生火花塞电极之间的离子电流的方法和装置，具有独立权利要求的前序部分所述的特征。专利号为2011/0016952A1的美国专利公开了这种方法。
背景技术
在已知的方法中，产生的离子电流以直流电的形式在火花点火式发动机的火花塞的中心电极与一个或多个侧电极之间流通，所述火花点火式发动机驱动车辆。所述车辆具有发动机控制部件，在每个发动机循环中，即在火花点火式发动机的每个工作循环中，确定每个火花塞的目标点火点。为了产生离子电流，除了点火电压源，如专利号为2011/0016952A1的美国专利公开的点火线圈，还需提供第二电压源用于产生30V至500V的直流电压。专利号为2011/0016952A1的美国专利公开了一种直流变压器（DC-DC变压器）作为第二电压源。在点火过程中，所述第二电压持续地应用到火花塞并被点火电压叠加，只能在火花点火式发动机的整个工作循环中实现信号评估。
高压二极管允许离子电流流过但保护直流变压器避免高点火电压的损害，其被置于直流变压器和火花塞之间的电气线路中。低压二极管允许高点火电压流过但阻止离子电流通过，其被置于点火线圈的次级绕组和火花塞的中心电极之间。
在一些场合，例如爆震、自动点火或者提前点火，产生的离子电流必须被放大和过滤然后才能用于异常检测。
专利号为2011/0016952A1的美国专利公开的装置相对复杂并且不能整合到点火线圈中。如果该装置不能整合到点火线圈或者如果点火线圈和产生与测量离子电流的装置不能构成通用组件，就会加大离子电流信号干扰的影响并需要更多的滤波工作。
专利号为6,498,490B2的美国专利公开了一种用于产生和测量在火花塞电极之间流通的离子电流的装置。所述装置具有作为电压源的电容器，其用于产生离子电流，所述电容通过点火线圈的次级绕组进行充电。所述离子电流流通在点火线圈的次级绕组之中并被测量和用于异常检测。所述装置的缺点不仅在于产生的离子电流必须通过复杂的方式来滤波，更加在于次级绕组的影响使离子电流信号衰减。所述衰减特别地与爆震所在的频率范围有关。所述衰减阻碍发动机中的燃烧过程的异常检测，并且尤其阻碍爆震的检测。
专利号为6,498,490B2的美国专利公开了一种内燃机，其点火线圈和燃料喷射器是以相同的高电压源作为动力，所述高电压源产生在火花塞电极之间流通的离子电流。所述内燃机的发动机控制单元控制多个开关，所述开关在单独的时段分别连接高电压源到燃料喷射器、点火线圈和火花塞。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生火花塞电极之间的离子电流的替代方法。所述替代方法应该特别适用于燃烧过程中的异常判定，尤其适用于爆震判定，但如果可能，也用于自动点火和提前点火判定。此外，本发明力图设计一种必须用于实施所述方法的装置并使其紧凑，使得该装置与点火线圈结合以构成一个总成。
所述目的通过一种具有独立权利要求所述特征的方法得以实现。另一独立权利要求公开了一种用于实施所述方法的装置。对本发明有利的进一步改进在从属权利要求中的得以详述。
根据本发明的方法用于产生离子电流，所述离子电流以直流电的形式出现在火花点火式发动机的火花塞的中心电极与一个或多个侧电极之间，所述火花点火式发动机由点火电压源反复地供给点火电压，具体地其在每个发动机循环内供给点火电压。对于每个火花点火式发动机的火花塞，发动机控制单元确定火花塞的目标点火点和/或处在目标点火点前的点火电压源的激活点。通过利用点火线圈作为电压源，所述激活点为在发动机循环内点火线圈充电开始进行的点。该点可以被发动机控制单元所确定，所述充电可由控制信号启动，例如由控制信号的上升侧沿来启动，所述控制信号触发闭合开关，例如闭合半导体开关，以为点火线圈的初级绕组供给电压，所述电压由装载有火花点火式发动机的车辆的车载电源供给。为了产生离子电流，当离子出现在发动机燃烧室中的火花塞的电极附近，第二电压源供应第二电压至火花塞并引发离子电流。所述特征，即为产生离子电流而提供第二电压源，意味着所述点火电压源并不提供用于产生离子电流的电压。所述用于产生离子电流而提供的第二电压源并不持续地连接到火花塞电极，而是仅在发动机运行期间间歇地连接到火花塞电极，具体地，所述第二电压源在第一时间间隔Δt1上连接到火花塞电极，所述第一时间间隔Δt1比所述发动机循环的持续时间要短。所述时间间隔Δt1并不必须是恒定的，而可以具有不同的时间长度。在第一时间间隔Δt1范围以外，需要在第二电压源中储存电能使得所述第二电压源在第一时间间隔Δt1内产生所述离子电流。所述离子电流采用了避开点火电压源的路径。
本发明具有以下优点：
·作为产生火花塞电极间离子电流的前提的第二电压的产生相对于点火电压的产生是分离并独立地实施的。对于无需采用从点火电压源的高电压中保护第二电压源的措施的事实而言，这是一个关键的前提。
·所述第二电压源只在第一时间间隔Δt1内连接到所述火花塞电极，其中所述第一时间间隔Δt1比所述发动机循环的持续时间要短，此特征所具有的优点在于，对产生离子电流而言必须的第二电压不必持续地处于巨大的要求或需求中。这简化了第二电压源的结构，具体表现于，在边界条件下，所述第二电压源与点火电压源分离和独立。具体地，可在第二电压源中提供一个或多个用于储存所需电能的储能器，所述储能器在所述第一时间间隔Δt1外进行充电和在第一时间间隔Δt1内提供离子电流。
·所述第二电压源只在第一时间间隔Δt1内连接于所述火花塞电极，所述第一时间间隔Δt1比实际的发动机循环的持续时间要短，此特征所具有的优点在于，所述离子电流的产生可以被严格限制在具有持续时间Δt1的时间间隔内，在所述时间间隔中，根据经验，燃烧过程的异常可能发生并可被观测到。在所述的时间间隔中，在发动机的燃烧室的载流子密度太低以至于不能产生显著的离子电流，在所述的时间间隔中，点火期间击穿的点火电压仍比第二电压更高，所述点火电压能够根据需要被选择性地排除，使得测量所述离子电流和评估测到的离子电流变得容易，并节省电能，这进而优化了第二电压源的测定并创造更多时间用于第二电压源再充电，由此所述第二电压源的电压能再次上升到期望值。
优选地，所述第一时间间隔Δt1的开始是依据点火点或者依据所述点火电压源的激活点来控制的。已知的，发动机控制单元能确定点火电压源的点火点和/或激活点。为了这个目的，来自发动机控制单元的控制信号也能依照本发明用于控制和直接标记第一时间间隔Δt1的开始点。无论如何，所述第一时间间隔Δt1的开始被优选地用以下方式来控制：相对于点火点或者相对点火电压源激活的瞬间延迟第二时间间隔Δt2。因此依照经验，所述第一时间间隔Δt1的开始点能被准确地设置在用于燃烧过程评估的显著的离子电流分布的开始处，然后能完全去除可能难于解析和/或被干扰信号污染的离子电流分布的部分。
所述用于产生离子电流的第二电压的取值范围适当地设置为50V到250V，具体的取值范围为120V到240V，更优选的取值范围为150V到200V。
电压源包含一个或多个用于储存电能的储能器，具体是一个或多个电容器，所述电压源优选地用作第二电压源。所述储能器只在所述第一时间间隔Δt1的范围外进行快捷地充电，以便避免一个或多个储能器的充放电过程间任何有害的干扰，所述干扰能够削弱所述离子电流的产生和测量。
优选地，所述一个或多个用于电能储存的储能器在所述第一时间间隔Δt1中仅部分地放电，尤其在第一时间间隔Δt1的开始，所述第二电压的下降量不超过其电压值的15%，优选地所述第二电压的下降量不超过其电压值的10%。所述第二电压下降量的范围越小，越容易比较当前的测量的离子电流的分布或曲线与离子电流的正常分布或曲线，然后基于当前观测的分布或曲线与离子电流的正常曲线或分布之间的偏差确定燃烧过程中存不存在异常。
在现有技术中，通过直流电压变压器（DC-DC转换器）能够产生用于产生离子电流的第二电压，所述直流电压变压器转换车载电源电压，例如是将12V直流电压转化到例如是150V到200V的直流电压。优选地，利用电压倍增器产生增大的第二电压，所述电压倍增器在所述第一时间间隔Δt1的范围外接入交流电压并输送作为直流电压的增大的第二电压。具体地，所用的电压倍增器包括不对称电压倍增器的级联。所述级联具有的优点在于：其制造方便并结构紧凑，在能够发现任何燃烧过程的异常之前，不会在离子电流中产生任何不得不被再滤掉的干扰。不对称电压倍增器的级联的每一级包括：二极管和电容器。其具有的优点在于，这些电容器能够同时用作电能储能器，所述电能储能器需要在第一时间间隔Δt1中产生离子电流。在此情况下，单独的电能储能器是不需要的，因为电压倍增器的电容器能实现双重功能：促进电压放大和储存离子电流所需的电能。根据本发明，所述双重功能有助于用于实施本发明方法的装置并能够使其以紧凑的方式构成。
如果所述火花点火式发动机安装在车辆中，就需配有用于供应车载电源的电池。所述电压倍增器需要有交流电压作为输入电压。电池（车载电源电压）的直流电压通过逆变器能够被转换成交流电压。然后所述产生的交流电压然后被供至电压倍增器。实现此目的所必须的逆变器能被生产成具有低电路复杂性，用于常规的12V车载电压和没那么常用的车载电源电压，例如24V、40V和48V。
如前所述，第一时间间隔Δt1不必是恒定的。所述第一时间间隔Δt1优选地是可变的并优选地依据所述火花点火式发动机的速度来改变。具体地，所述第一时间间隔Δt1随着所述速度的增加而缩短。因此，所述第一时间间隔Δt1能适应发动机循环随着速度的增加而缩短。所述发动机速度为一参数，所述参数在车辆配备的数据总线中永久可用，使得所述发动机控制单元或如果存在的单独的点火控制单元能够访问所述参数，以根据所述火花点火式发动机的速度控制所述第一时间间隔Δt1的持续时间。优选地，在发动机控制单元或单独的点火控制***中提供的计算电路辅佐下，实现所述控制过程。具体地，微处理器或微控制器能用作计算电路。所述计算电路具有其可访问的储存器，或者其能够访问外部储存器，在所述储存器中储存有多个成对的数值。每个数值对将一个具体的第一时间间隔Δt1指定到一个具体的速度上。如果发动机的当前速度被发送到所述计算电路，所述计算电路则访问储存有所述数值对的储存器，从已存的数值对中确定和计算属于传送的当前速度的第一时间间隔的持续时间Δt1，当获得确定或计算的所述第一时间间隔Δt1，所述计算电路从火花塞分离第二电压源。如果传输到所述计算电路的当前速度没有对应的储存的数值对，那么所述计算电路则寻找最接近当前传输的发动机速度值并将所述第一时间间隔Δt1修改为所述数值对中的指定的持续时间，或者确定最接近的两组数值对，使得当前传输的速度值处在该两组的速度值之间，并通过插值法计算与当前速度值相匹配的第一时间间隔Δt1的持续时间。
可选择地，以下操作是可能的：通过计算电路将作为访问结果的所述第一时间间隔Δt1修改为传送的当前速度值，访问储存有计算指令的储存器，所述计算电路根据所述计算指令计算对应当前速度值的第一时间间隔Δt1的持续时间，一旦到达计算得到的第一时间间隔Δt1的持续时间的结束点，即从火花塞上分离第二电压源。
如上所述，离子电流的观测到的实际曲线或分布能够与离子电流的正常曲线或分布进行比较，以推断在燃烧过程中是否存在异常或者是否存在与最佳燃烧过程的偏差，所述推断是基于前述两曲线或分布的偏差。为此，优选地，储存离子电流的当前观测曲线或分布，在发动机控制单元或单独的点火控制单元中也储存了离子电流的正常曲线或分布，使得储存的离子电流的当前观测曲线或分布和储存的离子电流的正常曲线或分布之间的差异能够被确定。如果确定存在显著的偏差，发动机控制单元或者如果存在的点火控制单元能够通过构成用于改变发动机参数的控制变量的方式来实施关于发动机控制或点火控制的改善措施，所述发动机参数可被所述发动机控制单元或所述点火控制单元所影响。例如，可能的发动机参数有：点火点，吸入空气和注射燃料的数量比，吸入空气和废气回馈量的数量比，以及在发动机具有废气涡轮增压器或充气空气压缩机的情况下的增压压力。
不必在整个第一时间间隔Δt1里测量离子电流。然而，优选地，为了发现任何在曲线或分布里的异常或者与燃烧过程中的最佳曲线或分布的偏差，也可在整个第一时间间隔Δt1里进行测量和评估。不需要在传送有用结果后测量所述离子电流。所述时间间隔可由所述发动机控制单元具体指定，优选地取决于速度，但所述时间间隔也能在发动机控制单元或独立的点火控制单元中自主地优化，其中举例来说，一旦发动机控制单元或适用的点火控制单元根据预定义的标准识别到离子电流曲线是正常的，或者当离子电流的强度降到预定值之下，例如小于其先前观测最大值的20%或10%或者小于电流强度的预设绝对值，所述测量被中断。
优选地，第二时间间隔Δt2是可变的并能根据速度来改变，具体地，第二时间间隔Δt2随着速度的增加而缩短。在中等速度中，0.5ms至1ms的持续时间已被证明对于延时时间Δt2是有价值的，所述持续时间是根据点火线圈充电启动的控制信号来产生的。
本发明具有的优点在于，本发明适合用于具有不同点火***的火花点火式发动机。本发明不仅适用于单火花点火线圈的点火***，其中在点火***中每个火花塞配有一个点火线圈。本发明还适用于双火花点火线圈的火花点火式发动机，其中双火花点火线圈同时产生用于两个火花塞的点火电压。本发明也适用于多火花点火的火花点火式发动机。在多火花点燃的情况下，一个点火线圈伴随短暂的充电时间并通过反复转换开和关产生紧密的一系列单独的火花。最后，本发明也能用于运用双芯点火线圈的火花点火式发动机，也就是说双芯点火线圈相对于单火花点火线圈而言提供延伸的点火火花。申请号为102012106207.2的德国专利公开了双芯点火线圈的例子。
本发明适用于提供正点火电压的点火***和提供负点火电压的点火***。本发明尤其适用于正点火电压点火***，也就是说所述火花塞的中心电极带正电并对应于一个或多个侧电极。如果所述火花塞的中心电极带上用于产生离子电流的正电，在燃烧室中因点火产生的电子迁移到所述中心电极，期间所述电子形成电子团，促进所述中心电极与一个或多个侧电极间的电流传导。然而，如果所述火花塞的中心电极带上负电，所述电子则迁移到一个或多个侧电极然后传到燃烧室壁，减弱所述中心电极与一个或多个侧电极间的电流传导。因此，所述中心电极带正电是优选的。
附图说明
以下基于附图进一步解释本发明，其中：
图1所示为4组不同的离子电流曲线；
图2所示为实施根据本发明的方法的电路装置的框图；
图3所示为图2所示电路的细节框图；
图4所示为在根据本发明的方法中使用的电压倍增器的电路装置的框图。
具体实施方式
图1.1所示为正常燃烧情况下在四冲程发动机燃烧室内的离子电流的典型曲线。测量的离子电流时间曲线的特点是其是光滑曲线。在点火点之后，离子电流的电流强度上升然后经过第一最大值和第二最大值，期货总第二最大值低于第一最大值，然后逐步减到零。
图1.2所示为改变了的离子电流曲线，该曲线因伴随爆震的燃烧而产生。在燃烧室内爆震会因为压力骤增而变得非常明显，其反映到离子电流曲线中并引起电流强度的特有偏移。
图1.3所示为提前点火情况下的离子电流的强度曲线。在点火点之前燃料/空气混合物过早地点火就会发生提及到的提前点火，在非可控方式下所述提前点火发生在火花点火式发动机中压缩过程结束之后。提前点火问题主要出现在现代的高压火花点火式发动机。在点火点之后，爆震引起的额外电流尖峰如图1c所示。
图1.4所示为出现自动点火的情况下的离子电流的强度曲线。提及到的自动点火指的是，在火花点火式发动机中，燃烧过程没有被触发或者不仅被火花塞的火花触发还被燃烧室里的过热零件触发，所述过热零件例如是火花塞电极、排气门、或者过热的锋利边沿。自动点火在点火点的前和后都会发生，并导致在一些时间点上激发燃烧过程。所述自动点火会加剧过热并引起发动机损坏。
通过比较观测到的曲线和正常燃烧过程的曲线，能够发现当前观测的离子电流曲线与正常燃烧曲线之间的明显偏差，然后在发动机控制中对其进行措施使得所述偏差得到减少或修正。
图2所示为产生和测量离子电流的***1，所述***由结构单元组成，包含离子电流测量装置2和相应的控制装置3。***1配有点火线圈4，点火线圈4供给火花塞5点火电压。离子电流测量装置2连接到电压源6，电压源6例如是车辆的车载电源，电压源6为离子电流测量装置2提供直流电压。电压源6同样能够为点火线圈4供应直流电压。控制装置3连接到发动机控制单元7，发动机控制单元7例如通过车辆的所谓的“端口1”传送控制信号8，接收到控制信号8后点火线圈4的充电进程启动，接收到控制信号8后控制装置3同时触发，然后延时Δt2激活离子电流测量装置2，所述延时Δt2通过相应的延时控制信号20实现，使得控制装置3应用“第二”电压到火花塞5。所述第二电压产生在离子电流测量装置2中并来自所述车载电源电压。注解：在德国标准（DIN）72552中定义了“端口1”作为点火线圈的终端。
控制装置3由发动机控制单元7传输的触发信号触发，打开一时间窗口（可能延迟Δt2）用于离子电流的产生和测量。所述时间窗口即为具有持续时间Δt1的时间间隔。当提供的持续时间Δt1已经流逝，控制装置3关闭所述时间窗口，所述持续时间是根据发动机的速度来设置的。为此，控制装置3，除了接收控制信号8，还通过“终端1”接收来自控制单元7的信号9，所述信号9包含关于发动机当前速度的信息。在第一时间间隔Δt1的结束点，控制装置3通过离子电流测量装置2从火花塞5中分离第二直流电压。
具有持续时间Δt1的第一时间间隔的开始点可由第二时间间隔Δt2按照需要来延迟，所述第二时间间隔Δt2对应发动机控制单元的控制信号8。例如所述第二时间间隔Δt2可以是0.5ms到1ms之间并能以取决于速度的方式改变。
离子电流测量装置2测量离子电流，其还供给火花塞5第二直流电压以产生所述离子电流。在离子电流测量装置2中，对所述离子电流的测量曲线与储存的离子电流正常曲线进行比较。这种比较方法是本领域的技术人员已知的，并不构成本发明主题的一部分。比较的结果通过控制装置3传输到发动机控制单元7，使得发动机控制单元7能够更改必要的发动机控制以便减少或修正离子电流当前曲线与正常曲线的重大偏差。
图3通过稍多的细节示出了图2中的离子电流测量装置2的结构。此离子电流测量装置2包含电压倍增器10，其以级联方式构造并利用车载电源电压产生更高的直流电压。电压倍增器10由驱动电路11驱动，其含有逆变器，利用所述逆变器可以由车载电源电压产生交流电压并供给电压倍增器10，然后电压倍增器10输出直流电压，例如是200V，然后分接并供给火花塞5。驱动电路11由控制装置3控制。
在测量电路12中对流经火花塞5的离子电流进行测量，也可优选地在离子电流测量装置2中进行评估。优选地，所述评估包括测量的离子电流曲线和储存的离子电流正常曲线之间的比较。为此，离子电流测量装置2可配备有计算电路，所述计算电路能利用例如微处理器、微控制器或专用集成电路（ASIC）等执行此评估。离子电流的测量或评估结果通过控制装置3传输到发动机控制单元7。
当驱动电路驱动电压倍增器10为其电容器充电时，开关13使测量电路12与电压倍增器10分离以及使测量电路12与驱动电路11分离。
图4举例说明电路装置14，其包括由电容器和二极管构成的电压倍增器10，并被构造为不对称电压倍增器的级联。电压倍增器10由驱动电路11驱动，此驱动电路11具有两个输入端口15和16。驱动电路11通过输入端口15外接到车载电源的例如40V的直流电压。此40V电压在电压分压器R2/R5后，只有接近4V的电压到达晶体管Q2的基极。然而，此4V的电压并非是永久地应用于所述晶体管Q2的基极，因为驱动电路11通过输入端口16接收脉冲宽度调制信号，所述信号不断地开关晶体管Q4。因此，以4V为振幅和36V为偏移的矩形波出现在晶体管Q2的基极。晶体管Q4在脉冲宽度调制信号的时钟循环中开关电压，所述脉冲宽度调制信号在0V和40V之间反复震荡。晶体管Q2的输出连接到两个晶体管Q1和Q3的基极形成推挽放大器，所述推挽放大器的输出40V幅值的以矩形波出现的交流电压。所述推挽放大器的输出端连通过串联的电阻器R6连接到电压倍增器10的输入端。此串联的电阻器R6限制供应到电压倍增器10的电流强度。
在电压倍增器14的输出端口17处出现相对于车载电源电压增大的直流电压，例如在本例中增大的电压为200V。所述增大的电压在第一时间间隔Δt1的持续时间内应用到火花塞5的电极。
流通在火花塞5的电极之间的离子电流流经电阻器R7。经过电阻器R7下降后的电压即为离子电流强度的测量值，并可分接到输出端18和接地端之间。
具有绝缘栅极的双极型晶体管19与电阻器17并联。在电压倍增器10充电的同时，双极型晶体管19开启，并因此桥接所述电阻器R7。在产生和测量离子电流的第一时间间隔Δt1期间打开双极型晶体管19，然后关闭另外由输入端16供给的脉冲宽度调制信号。这避免信号干扰散布到离子电流，这还便利了离子电流的测量和评估。双极型晶体管19由可被延迟的控制信号20所控制，如图2和3所示。控制信号20来自控制装置3，并通过输入端口21供给到电路装置14。
参考编号列表：
1 产生和测量离子电流的***；
2 离子电流测量装置；
3 控制装置；
4 点火电压源、点火线圈；
5 火花塞；
6 电压源；
7 发动机控制单元；
8 控制信号；
9 关于速度信息的信号；
10 第二电压源；电压倍增器；
11 驱动电路；
12 测量电路；
13 开关；
14 电路装置；
15 输入端口；
16 输入端口；
17 输出端口；
18 输出端口；
19 双极型晶体管；
20 延时控制信号；
21 输入端口；
C2-C12 电容器，构成存储离子电流的电能储能器；
Q1-Q4 晶体管；
R2/R5 电压分压器；
R6 串联电阻器；
R7 电阻器；
Δt1 第一时间间隔；
Δt2 第二时间间隔。

Claims (29)

1.一种产生离子电流的方法，所述离子电流以直流电的形式出现在火花点火式发动机的火花塞(5)的中心电极与一个或多个侧电极之间，所述火花点火式发动机由点火电压源反复供给点火电压，其中，所述火花点火式发动机配有发动机控制单元(7)，其在发动机循环中，确定每个火花塞(5)的目标点火点和/或处在目标点火点之前的点火电压源的激活点，并且设有第二电压源(10)，其输送第二电压以产生离子电流；
其特征在于，在发动机循环中所述第二电压源(10)在第一时间间隔Δt1上连接到火花塞(5)的电极，所述第一时间间隔短于发动机循环的持续时间，其中作为第二电压应用在火花塞(5)的电极上的结果，所述离子电流在避开所述点火电压源的路径上流动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据点火点或者依据所述点火电压源的激活点来控制所述第一时间间隔Δt1的开始。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过这样的方式来控制所述第一时间间隔Δt1的开始：相对于点火点或者关于点火电压源激活的瞬间延迟所述第一时间间隔Δt1的开始，其中延迟时间为第二时间间隔Δt2。
4.根据以上权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述第二电压设置的取值范围为50V到250V。
5.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述第二电压设置的取值范围为120V到240V。
6.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，采用具有用于储存电能的储能器的第二电压源(10)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述储能器包括一个或多个电容器(C2至C12)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述储能器(C2至C12)只在产生离子电流的第一时间间隔Δt1外进行充电。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述储能器(C2至C12)在所述第一时间间隔Δt1中仅部分地放电。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述部分地放电使得所述第二电压在第一时间间隔Δt1开始时下降不超过其电压值的15％。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在第一时间间隔Δt1开始时所述第二电压下降不超过其电压值的10％。
12.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述第二电压通过第二电压源(10)产生，第二电压源(10)包括电压倍增器，所述电压倍增器在所述第一时间间隔Δt1外供应交流电压并输送为直流电压的第二电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，第二电压源(10)的所述电压倍增器包括不对称电压倍增器的级联。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，火花点火式发动机被配有蓄电池，所述蓄电池的直流电压被逆变器转换成施加在第二电压源(10)的所述电压倍增器上的交流电压。
15.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔Δt1是可变的。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔Δt1依据所述火花点火式发动机的速度改变。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔Δt1在计算电路的辅助下更改，所述计算电路接收实际的速度并访问储存器，所述储存器储存有多个数值对，每一对数值将一具体的第一时间间隔Δt1分配至一具体的速度，并且其中所述计算电路从存储的数值对中确定并计算所述第一时间间隔Δt1，而且，一旦到达被确定或计算出的第一时间间隔Δt1的持续时间的结尾，即从火花塞(5)上分离第二电压源(10)。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔Δt1在计算电路的辅助下更改，所述计算电路接收实际的速度并访问储存器，所述储存器储存计算指令，所述计算电路根据所述计算指令计算对应实际速度的第一时间间隔Δt1的持续时间，一旦到达计算得到的第一时间间隔Δt1的持续时间的结尾，即从火花塞(5)上分离第二电压源(10)。
19.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，保存观测到的离子电流曲线并将其与作为正常曲线保存的离子电流曲线进行对比。
20.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，在整个第一时间间隔Δt1期间对离子电流进行测量。
21.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，在整个时间间隔上对已被测量的离子电流进行评估。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，离子电流曲线相对保存的正常曲线的偏差在发动机控制部件(7)中用作控制变量，以改变受发动机控制单元(7)影响的发动机参数。
23.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二时间间隔Δt2是可变的。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述第二时间间隔Δt2依据速度来改变。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第二时间间隔Δt2随着速度的增加而缩短。
26.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，为了产生离子电流，火花塞(5)的中心电极相对于火花塞的一个或多个侧电极带正电。
27.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，为了产生点火火花，火花塞(5)的中心电极相对于火花塞的一个或多个侧电极带正电。
28.一种产生离子电流的装置，所述离子电流以直流电的形式出现在火花点火式发动机的火花塞(5)的中心电极与一个或多个侧电极之间，所述火花点火式发动机由点火电压源反复供给点火电压，其中，所述火花点火式发动机配有发动机控制单元(7)，在发动机循环中，所述发动机控制单元确定每个火花塞(5)的目标点火点和在有需要的情况下的处在目标点火点之前的点火电压源的激活点，以及设有第二电压源(10)以产生离子电流，其特征在于，所述第二电压源(10)是可控的，使得其在每个发动机循环内在第一时间间隔Δt1上连接至所述火花塞(5)的电极，所述第一时间间隔短于发动机循环的持续时间，以及其中为所述离子电流提供避开点火电压源的路径。
29.根据权利要求28所述的装置，其特征在于，与点火线圈(4)结合以便于构成一总成或结构单元。
CN201310517969.1A 2012-10-30 2013-10-28 产生火花塞电极间离子电流的方法和装置 Active CN103790750B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012110386.0 2012-10-30
DE102012110386 2012-10-30
DE102012112273.3 2012-12-14
DE201210112273 DE102012112273B3 (de) 2012-10-30 2012-12-14 Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Ionenstroms zwischen Elektroden einer Zündkerze

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103790750A CN103790750A (zh) 2014-05-14
CN103790750B true CN103790750B (zh) 2017-03-01

Family

ID=50069815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310517969.1A Active CN103790750B (zh) 2012-10-30 2013-10-28 产生火花塞电极间离子电流的方法和装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9429133B2 (zh)
CN (1) CN103790750B (zh)
DE (1) DE102012112273B3 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104612845B (zh) * 2014-12-15 2017-02-22 同济大学 一种基于离子电流的双燃料发动机爆震检控***及方法
JP6395905B1 (ja) * 2017-06-27 2018-09-26 三菱電機株式会社 内燃機関の制御装置及び制御方法
CN114856879B (zh) * 2022-04-11 2023-04-07 哈尔滨工程大学 一种可用于燃烧状态在线监测的柴油机喷嘴装置及检测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5188088A (en) * 1989-07-28 1993-02-23 Volkswagen Ag Electronic ignition system for an internal combustion engine
CN101194100A (zh) * 2005-06-13 2008-06-04 斯德龙有限两合公司 用于检测与燃烧有关的变量的电路
CN101922396A (zh) * 2009-06-09 2010-12-22 罗伯特·博世有限公司 用于运行多火花点火***的方法以及多火花点火***

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6498490B2 (en) * 2000-06-28 2002-12-24 Delphi Technologies, Inc. Ion sense ignition bias circuit
US7005855B2 (en) * 2003-12-17 2006-02-28 Visteon Global Technologies, Inc. Device to provide a regulated power supply for in-cylinder ionization detection by using the ignition coil fly back energy and two-stage regulation
US7798125B2 (en) * 2006-09-28 2010-09-21 Woodward Governor Company Method and system for closed loop combustion control of a lean-burn reciprocating engine using ionization detection
US7878177B2 (en) * 2007-10-23 2011-02-01 Ford Global Technologies, Llc Internal combustion engine having common power source for ion current sensing and fuel injectors
DE102008013199A1 (de) * 2008-03-07 2009-09-17 Beru Ag Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung von Fehlfunktionen bei Verbrennungsanomalien
US8116106B2 (en) * 2008-09-19 2012-02-14 Power Integrations, Inc. Method and apparatus to select a parameter/mode based on a measurement during an initialization period

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5188088A (en) * 1989-07-28 1993-02-23 Volkswagen Ag Electronic ignition system for an internal combustion engine
CN101194100A (zh) * 2005-06-13 2008-06-04 斯德龙有限两合公司 用于检测与燃烧有关的变量的电路
CN101922396A (zh) * 2009-06-09 2010-12-22 罗伯特·博世有限公司 用于运行多火花点火***的方法以及多火花点火***

Also Published As

Publication number Publication date
US20140116382A1 (en) 2014-05-01
DE102012112273B3 (de) 2014-02-27
CN103790750A (zh) 2014-05-14
US9429133B2 (en) 2016-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10844825B2 (en) Method and apparatus to control an ignition system
EP2873850A1 (en) Method and apparatus to control a multi spark ignition system for an internal combustion engine
CN103790750B (zh) 产生火花塞电极间离子电流的方法和装置
CN104481773B (zh) 一种变能量的点火测控***及其测控方法
CN107923360A (zh) 用于内燃机的电子点火***及其驱动方法
EP3374626B1 (en) Method and apparatus to control an ignition system
CN101680820A (zh) 无线电频率点火***中的火花塞的污垢状况的诊断
CN106164468B (zh) 内燃机用点火装置
US10648444B2 (en) Method and apparatus to control an ignition system
CN107636302B (zh) 用于内燃机的电子点火***及用于所述电子点火***的控制方法
CN113161870B (zh) 一种火花塞放电时间检测***
US10391885B2 (en) Method for determining performance information of a battery of a motor vehicle on-board power system that is connected to a direct current converter, and motor vehicle
CN102518514B (zh) 基于汽车点火***的离子电流探测电路
CN107624146A (zh) 用于内燃机的电子点火***和所述电子点火***的控制方法
GB2599420A (en) Method and apparatus to control an ignition system

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant