專利名稱：操作高頻點(diǎn)火系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于利用電暈放電點(diǎn)燃車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料的點(diǎn)火系統(tǒng)。這樣的點(diǎn)火系統(tǒng)通常被稱為電暈或HF (高頻)點(diǎn)火系統(tǒng)。本發(fā)明涉及操作利用電暈放電點(diǎn)燃車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料的HF點(diǎn)火系統(tǒng)的方法。具有權(quán)利要求I的前序部分中指定的特征的方法可從DE 102008 061788A1獲知。HF點(diǎn)火系統(tǒng)和操作HF點(diǎn)火系統(tǒng)的方法也可從EP I 515594A2獲知。
背景技術(shù)：
HF點(diǎn)火系統(tǒng)使用電壓轉(zhuǎn)換器(例如，變壓器)來從車載電壓產(chǎn)生高電壓，該高電壓被用于與點(diǎn)火電極相連接的電力諧振電路的HF激勵(lì)。因此，HF點(diǎn)火系統(tǒng)具有輸入端連接到車輛的車載電網(wǎng)、并且輸出端連接到點(diǎn)火電極的HF激勵(lì)用的電力諧振電路的電壓轉(zhuǎn)換器。諧振電路的諧振頻率通常介于30kHz和IOMHz之間的范圍內(nèi)。交流電壓在點(diǎn)火電極處通常·達(dá)到30kV和500kV之間的值。利用電暈放電點(diǎn)燃燃料是傳統(tǒng)火花塞的代用方案，傳統(tǒng)火花塞利用電弧放電實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、并且由于電極燒化而受到顯著的磨損。電暈點(diǎn)火具有顯著節(jié)省成本和提高燃料燃燒的潛力。然而，除了期望的電暈放電之外，在出故障的情況下也可能會(huì)發(fā)生電弧放電、火花放電或滑閃放電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是展示一種如何檢測(cè)這樣的故障的方法。該目的是通過包含權(quán)利要求I中指定的特征的、在發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)操作HF點(diǎn)火系統(tǒng)的方法以及通過根據(jù)權(quán)利要求6所述的、在由HF點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電暈放電點(diǎn)燃燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)操作點(diǎn)火系統(tǒng)的方法來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的有利改進(jìn)是從屬權(quán)利要求的主題。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，利用電壓脈沖把電能饋送到HF點(diǎn)火系統(tǒng)中以便產(chǎn)生電暈放電。在該電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間期間，測(cè)量電變量(例如，由電壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)電壓脈沖生成的次級(jí)電壓)的一系列測(cè)量值。對(duì)測(cè)量值進(jìn)行評(píng)估以便檢測(cè)故障。如果檢測(cè)到故障，則生成錯(cuò)誤信號(hào)，其優(yōu)選地減小利用隨后的電壓脈沖饋送到HF點(diǎn)火系統(tǒng)中的能量以便激發(fā)另外的電暈放電。例如，可以減少電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間和/或電壓。然而，錯(cuò)誤信號(hào)也可以作為警告或錯(cuò)誤信號(hào)被報(bào)告給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元和/或可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中從而可被讀出以用于例如維護(hù)工作。HF點(diǎn)火系統(tǒng)的故障在很大程度上基于以下事實(shí)出現(xiàn)花火放電或滑閃放電而不是電暈放電，或者在電暈放電期間形成了火花放電或滑閃放電。這些放電可以代替電暈放電在點(diǎn)火電極處作為外部放電而發(fā)生，而且在HF點(diǎn)火系統(tǒng)內(nèi)部有缺陷的情況下可以在內(nèi)部發(fā)生?？梢曰谠诜烹娖陂g或在把電壓脈沖饋送到HF點(diǎn)火系統(tǒng)中以便產(chǎn)生電暈放電期間測(cè)量的電變量的特征曲線來檢測(cè)這樣的故障。為了檢測(cè)故障，特別地可以測(cè)量電流強(qiáng)度和/或電壓強(qiáng)度。然而，作為備選方案，可以測(cè)量其他電變量，例如HF點(diǎn)火系統(tǒng)中所包含的電力諧振電路的阻抗頻率或諧振頻率。在本發(fā)明中，發(fā)現(xiàn)作為嚴(yán)重故障(特別是內(nèi)部火花放電和滑閃放電)的前期階段，會(huì)頻繁發(fā)生次級(jí)電壓(即，點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的高電壓或其他電變量)的周期性波動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，記錄這些波動(dòng)的發(fā)生，以便在早期階段就已經(jīng)能夠檢測(cè)出故障。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及確定測(cè)量值的波動(dòng)范圍的特征變量、并將該特征變量與預(yù)定閾值相比較的方法。如果波動(dòng)范圍的特征變量超過閾值，則假定發(fā)生故障并生成錯(cuò)誤信號(hào)。作為測(cè)量值的波動(dòng)范圍的特征變量，可以使用其標(biāo)準(zhǔn)偏差。本發(fā)明的第二方面涉及檢測(cè)電測(cè)量對(duì)象的周期性波動(dòng)并因而檢測(cè)新出現(xiàn)的故障的另一種可能性。根據(jù)本發(fā)明，通過計(jì)算一系列測(cè)量值的頻譜(例如通過時(shí)頻變換、傅里葉變換或小波變換)、隨后對(duì)于至少一個(gè)頻率范圍檢查是否超過閾值，來對(duì)測(cè)量值進(jìn)行 評(píng)估。如果超過閾值，則生成錯(cuò)誤信號(hào)。電測(cè)量對(duì)象的周期性波動(dòng)在大多數(shù)情況中以特征頻率發(fā)生。為了檢測(cè)故障，因此檢查作為故障特征的頻率所處的單個(gè)或一些頻率范圍通常就足以。此處，對(duì)于不同的頻率范圍可以使用不同的閾值。然而，優(yōu)選的是，對(duì)于待評(píng)估的所有頻率范圍使用均一的閾值。在饋送到HF點(diǎn)火系統(tǒng)中的用于生成電暈放電的電壓脈沖的中間部分期間測(cè)量的測(cè)量值，對(duì)于HF點(diǎn)火系統(tǒng)的潛在故障的存在與否而言是特別有指示性的。在電壓脈沖的開始部分和結(jié)束部分期間，特征電變量變化相當(dāng)大。甚至是在HF點(diǎn)火系統(tǒng)的無故障操作期間，電暈放電在電壓脈沖的開始部分期間發(fā)生，并且電暈放電在電壓脈沖的結(jié)束部分期間結(jié)束。當(dāng)電暈放電被激發(fā)和結(jié)束時(shí)，電流、電壓和其他電變量發(fā)生顯著變化。相反，在正常運(yùn)行的HF點(diǎn)火系統(tǒng)中，中間電壓脈沖部分在很大程度上由恒定狀態(tài)表征。因此，電壓脈沖的中間部分以特別有利的方式適合于檢測(cè)潛在故障。在中間部分之前是由電壓的上升和瞬時(shí)響應(yīng)表征的開始部分。在通過饋送電壓脈沖而生成的次級(jí)電壓的瞬時(shí)響應(yīng)之后，在無故障操作期間會(huì)發(fā)生基本上恒定的狀態(tài)。優(yōu)選地，在HF點(diǎn)火系統(tǒng)的高電壓端測(cè)量電變量。HF點(diǎn)火系統(tǒng)具有車載電網(wǎng)端和高電壓端，其中在車載電網(wǎng)端和高電壓端之間，布置有電壓轉(zhuǎn)換器，其根據(jù)車載電壓生成高電壓作為次級(jí)電壓，優(yōu)選地為至少15kV的電壓，特別優(yōu)選地為至少30kV，特別是至少為50kV?；W放電或火花放電在原則上也可以通過車載電網(wǎng)端的測(cè)量來檢測(cè)；然而，滑閃放電或火花放電在高電壓端測(cè)量的電變量中看起來似乎更清晰。高電壓端可以包含中間電路，在該中間電路中可以以有利的方式測(cè)量電變量。HF點(diǎn)火系統(tǒng)的故障(如火花放電或滑閃放電)可以基于以下事實(shí)為了生成電暈放電，已經(jīng)饋送了太多的能量。如果一檢測(cè)到故障就減小利用隨后的電壓脈沖饋送到HF點(diǎn)火系統(tǒng)中的能量，則在許多情況下都可以消除故障。然而，也會(huì)發(fā)生的是，故障(例如滑閃放電)是基于HF點(diǎn)火系統(tǒng)的缺陷。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法中優(yōu)選的是，預(yù)先確定利用電壓脈沖饋送到HF點(diǎn)火系統(tǒng)中的能量的下限閾值，并且如果在該下限閾值處檢測(cè)到HF點(diǎn)火系統(tǒng)出故障，則產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。錯(cuò)誤信號(hào)可以是例如提供給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)或OBD (車載診斷)錯(cuò)誤存儲(chǔ)器的消息。如果甚至在具有這樣的低能量的電壓脈沖期間都發(fā)生火花放電或滑閃放電，則通?？梢约俣℉F點(diǎn)火系統(tǒng)有缺陷并且應(yīng)該盡可能迅速地被更換或修理。下限閾值優(yōu)選地被指定成使得相應(yīng)的能量足以生成電暈放電、并且因此至少足夠用于HF點(diǎn)火系統(tǒng)的受限功能。
由于例如諧振頻率的頻率疊加可能會(huì)引起不正確的評(píng)估，因此可以在實(shí)際評(píng)估之前執(zhí)行濾波。對(duì)例如諧振頻率周圍的頻率范圍內(nèi)的電變量測(cè)量值的曲線進(jìn)行濾波，使得能夠詳細(xì)且分別單獨(dú)地分析作為評(píng)估特征的極值或上層波?？梢岳缤ㄟ^以恒定時(shí)間間隔測(cè)量電測(cè)量對(duì)象值、并排除處于這一系列值的開始和結(jié)束部分處的指定數(shù)目的測(cè)量值，來對(duì)電壓脈沖的開始部分和電壓脈沖的結(jié)束部分指定預(yù)定的時(shí)間段。優(yōu)選地，除了電壓脈沖的中間部分之外，電壓脈沖的開始部分或結(jié)束部分期間的值也被考慮用于評(píng)估。例如，可以在每種情況中為開始部分和/或結(jié)束部分指定電變量的時(shí)間采集(time derivation)的不同目標(biāo)范圍。


下面參考

本發(fā)明進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。圖I示意性地示出在無故障運(yùn)行的HF點(diǎn)火系統(tǒng)中的電暈放電期間的電壓曲線的實(shí)例。 圖2示意性地示出在內(nèi)部火花放電或滑閃放電的前期階段期間的電壓曲線的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式圖I示意性地示出在電暈放電期間HF點(diǎn)火系統(tǒng)的高電壓端的電壓的典型曲線。在圖I以及隨后的附圖中，在每種情況中以作為次級(jí)電壓施加到HF點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火電極的交流電壓的均方根電壓的形式繪出電壓。交流電壓具有優(yōu)選地處于30kHz和IOMHz之間的頻率，特別優(yōu)選地處于3MHz飛MHz范圍內(nèi)的頻率。對(duì)應(yīng)的電壓曲線也可以在中間電路中測(cè)量。圖I中所示的電壓曲線是通過把電壓脈沖饋送到HF點(diǎn)火系統(tǒng)的車載電力端而生成的。通過在時(shí)刻t=0開始把電壓脈沖饋送到車載電力端，HF點(diǎn)火系統(tǒng)的高電壓端上的電壓開始上升。在電壓脈沖的開始部分之后，在時(shí)刻ta實(shí)現(xiàn)基本穩(wěn)定的電暈放電。在電壓脈沖隨后的中間部分期間，電壓幾乎不變化并且典型地具有30kV和500kV之間的值。取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前工作點(diǎn)，該電壓也可以具有低于30kV的值，例如只有15kV。在電壓脈沖的結(jié)束部分期間，均方根電壓從先前達(dá)到的平穩(wěn)值下降。電壓脈沖的開始部分從t=0持續(xù)至t=ta。電壓脈沖的中間部分從&持續(xù)至tb。為了避免由于電壓下降引起的不正確的測(cè)量值，有利的是，只把在時(shí)刻tb之前的時(shí)間間隔At處結(jié)束的時(shí)間間隔評(píng)估為中間部分。圖2示意性地示出在內(nèi)部火花放電或滑閃放電的前期階段期間發(fā)生的HF點(diǎn)火系統(tǒng)的高電壓端上的電壓曲線的實(shí)例。從圖中可以看出，電壓曲線由中間電壓部分期間的周期性波動(dòng)表征。在這些情況中，生成可用于點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料的電暈放電；然而，形成顯著的較強(qiáng)的火花放電或滑閃放電、并且因此形成嚴(yán)重故障的風(fēng)險(xiǎn)增大，這會(huì)導(dǎo)致HF點(diǎn)火系統(tǒng)的損壞。在許多情況中，可以通過減小利用隨后的電壓脈沖饋送到HF點(diǎn)火系統(tǒng)中用于激發(fā)另外的電暈放電的能量，來有效地降低該風(fēng)險(xiǎn)。圖2中所示的測(cè)量值的周期性波動(dòng)導(dǎo)致這一系列測(cè)量值在比圖I中所示的理想曲線情況顯著更寬的范圍內(nèi)波動(dòng)。因此，可以通過確定測(cè)量值的波動(dòng)范圍的特征變量、并將所確定的特征變量與閾值相比較，來檢測(cè)新出現(xiàn)的故障。如果特征變量超過閾值，則生成錯(cuò)誤信號(hào)。波動(dòng)范圍的特征變量可以是例如測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。閾值可以被預(yù)先確定為絕對(duì)值或者可以通過將常量與次級(jí)電壓被可控地設(shè)定到的目標(biāo)值相乘來計(jì)算。也可以通過計(jì)算一系列測(cè)量值的時(shí)頻變換(例如，小波變換或傅里葉變換)，來檢測(cè)表示故障的波動(dòng)。時(shí)頻變換的結(jié)果示出電壓脈沖在&和tb之間的中間部分期間發(fā)生的波動(dòng)的頻譜。通過對(duì)所計(jì)算的頻譜的至少一個(gè)頻率范圍檢查是否超過閾值，可以確定一系列測(cè)量值是否以作為故障發(fā)生特征的頻率變化。監(jiān)測(cè)的頻率范圍優(yōu)選地低于作為次級(jí)電壓而生成的HF點(diǎn)火系統(tǒng)的交流電壓的頻率。特別優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)的頻率范圍低于交流電壓的頻 率的一半，特別是低于交流電壓頻率的十分之一。
權(quán)利要求
1.一種操作HF點(diǎn)火系統(tǒng)的方法，其中利用電壓脈沖將用于產(chǎn)生電暈放電的電能饋送到所述HF點(diǎn)火系統(tǒng)中，在所述電壓脈沖期間測(cè)量電變量的一系列測(cè)量值，并且對(duì)所述測(cè)量值進(jìn)行評(píng)估以便檢測(cè)故障，所述方法的特征在于 通過確定所述測(cè)量值的波動(dòng)范圍的特征變量并將所確定的特征變量與閾值進(jìn)行比較來對(duì)所述測(cè)量值進(jìn)行評(píng)估，并且 如果所述特征變量超過所述閾值，則產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述特征變量是標(biāo)準(zhǔn)偏差。
3.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述錯(cuò)誤信號(hào)使得利用隨后的電壓脈沖饋送到所述HF點(diǎn)火系統(tǒng)中以激發(fā)另外的電暈放電的能量被減小。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定在所述電壓脈沖的中間部分期間測(cè)量的測(cè)量值的波動(dòng)范圍的特征變量。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述中間部分在通過饋送所述電壓脈沖而產(chǎn)生的次級(jí)電壓的瞬時(shí)響應(yīng)之后開始。
6.一種操作HF點(diǎn)火系統(tǒng)的方法，其中利用電壓脈沖將用于產(chǎn)生電暈放電的電能饋送到所述HF點(diǎn)火系統(tǒng)中，在所述電壓脈沖期間測(cè)量電變量的一系列測(cè)量值，并且對(duì)所述測(cè)量值進(jìn)行評(píng)估以便檢測(cè)故障，所述方法的特征在于 通過利用變換計(jì)算頻譜來對(duì)所述測(cè)量值進(jìn)行評(píng)估，并且 隨后對(duì)計(jì)算出的頻譜的至少一個(gè)頻率范圍檢查是否超過閾值，并且如果超過閾值，則產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述變換之前對(duì)所述一系列測(cè)量值進(jìn)行濾波。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述HF點(diǎn)火系統(tǒng)具有車載電網(wǎng)端和高電壓端，其中在所述車載電網(wǎng)端和所述高電壓端之間布置有電壓轉(zhuǎn)換器，所述電壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)車載電壓來產(chǎn)生高電壓，所述高電壓優(yōu)選地是至少為15kV的電壓，并且其中在所述HF點(diǎn)火系統(tǒng)的所述高電壓端測(cè)量所述電變量。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，測(cè)量電流和/或電壓來作為電變量。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，預(yù)先確定利用電壓脈沖饋送到所述HF點(diǎn)火系統(tǒng)中的能量的下限閾值，并且如果在能量等于或低于所述下限閾值的電壓脈沖期間檢測(cè)到所述HF點(diǎn)火系統(tǒng)的故障，則產(chǎn)生警告信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種操作高頻點(diǎn)火系統(tǒng)的方法，其利用電壓脈沖將用于產(chǎn)生電暈放電的電能饋送到HF點(diǎn)火系統(tǒng)中，在電壓脈沖期間測(cè)量電變量的一系列測(cè)量值，并且對(duì)測(cè)量值進(jìn)行評(píng)估以便檢測(cè)故障，所述方法的特征在于通過確定測(cè)量值的波動(dòng)范圍的特征變量并將所確定的特征變量與閾值進(jìn)行比較來對(duì)測(cè)量值進(jìn)行評(píng)估，并且如果特征變量超過閾值，則產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。
文檔編號(hào)F02P17/12GK102953897SQ20121030292
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者S.博內(nèi), M.特朗普 申請(qǐng)人:博格華納貝魯系統(tǒng)股份有限公司