用于运行内燃发动机的方法、用于执行所述方法的控制器

文档序号:589889 发布日期:2021-05-25 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 用于运行内燃发动机的方法、用于执行所述方法的控制器 (Method for operating an internal combustion engine, controller for carrying out said method ) 是由 R·里特尔 R·M·齐尔克 A·哈斯塔尔 于 2019-09-04 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种用于以燃料来运行内燃发动机的方法,所述燃料借助火花塞来点燃。根据本发明,在所述内燃发动机的运行中监控所述火花塞的老化,尤其是所述火花塞的电阻的老化,其中,为了进行监控而检测所述火花塞的电磁辐射。本发明还涉及一种用于执行所述方法的控制器。(The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with fuel, which is ignited by means of a spark plug. According to the invention, the aging of the spark plug, in particular the electrical resistance of the spark plug, is monitored during operation of the internal combustion engine, wherein the electromagnetic radiation of the spark plug is detected for monitoring. The invention also relates to a controller for carrying out the method.)

用于运行内燃发动机的方法、用于执行所述方法的控制器

技术领域

本发明涉及一种用于运行具有权利要求1前序部分特征的内燃发动机的方法。此外,本发明涉及一种用于执行根据本发明的方法的控制器。

背景技术

以非自燃燃料运行的内燃发动机可以借助火花塞来点燃。这类火花塞例如可以由公开文本DE 10 2015 214 057 A1中已知。它包括绝缘体,该绝缘体具有沿着纵轴线延伸的空腔,在该空腔中以如下方式在一端容纳有中央电极而在另一端容纳有连接电极,使得这些电极分别超过绝缘体突出。在中央电极和连接电极之间构造有电阻器。此外,火花塞包括接地电极,该接地电极布置成与中央电极相距一距离。

如果通过连接电极和电阻器将高电压施加到中央电极上,则产生从中央电极跨越到接地电极上的点火火花,其热能使得燃料或存在于内燃发动机燃烧室中的燃料-空气混合物被点燃。

上述类型的火花塞,尤其是其电阻器,经受老化过程。这意味着它们的寿命是有限的。在此,火花塞的电阻器的老化通常具有特征曲线。首先,电阻减小,这导致电极熔损(Abbrand)增大或电极磨损增大。由于减小的电阻,提高的电磁辐射也被排放到环境中,这造成干扰作用并且因此也称为干扰辐射。在火花塞寿命结束之前不久,电阻通常突然增大,这可能造成点火火花失效的后果。

为了避免这种情况,具体而言在火花塞达到使用寿命结束之前将其更换。由于该时间点是未知的,因此根据推测来进行更换,即以限定了必要的维护时间区间的规律的时间间隔来进行。

如果火花塞更换得太早,则证明是不经济的。尤其是在大型发动机的情况下,火花塞的更换可能是重要的成本因素。因此,本发明所基于的任务在于,提出一种用于运行内燃发动机的方法,该方法通过更长的维护时间区间来帮助节省时间和成本。

发明内容

为了解决该问题,提出了具有权利要求1的特征的方法。由从属权利要求中可以得到本发明的有利的扩展方案。此外,提出了一种用于执行该方法的控制器。

在所提出的用于以借助火花塞点燃的燃料来运行内燃发动机的方法中,根据本发明在内燃发动机的运行中监控火花塞的老化,尤其是火花塞电阻的老化,其中,为了监控而检测火花塞的电磁辐射。

如开始已经提到的,火花塞的老化,尤其是火花塞电阻的老化,伴随着火花塞在点火时的提高的电磁辐射。通过检测电磁辐射,可以探测到相应的提高并将其用作对火花塞电阻老化的提示。因此,可以在内燃发动机运行中监控火花塞的状态,具体而言不必实施费事的测量和/或不必拆卸火花塞。在根据本发明的方法中,火花塞在电阻减小的情况下提高的电磁辐射被用于确定火花塞的老化或者说火花塞电阻的老化。

基于所检测的火花塞的电磁辐射,可以确定是否需要更换火花塞或是否有待更换火花塞。这意味着,所述更换在被指出时进行,而不是基于时间进程进行或者在车辆的情况下不是基于行驶里程来进行。由此,维护时间区间变得更长,这节省了时间和成本。结果,因而可以更经济地运行内燃发动机。

优选,基于所检测的电磁辐射来确定火花塞的当前电阻。其前提是,已知或之前已检测到火花塞的最初的电磁辐射,使得可以识别出电磁辐射的这种提高。通过提高的程度可以推断出当前的电阻。

此外优选地,检测火花塞的电磁辐射的改变并且将其与已知磨损模型的电阻特征曲线进行比较。这允许非常精确地确定火花塞的当前电阻。

在本发明的扩展方案中提出,基于所检测的电磁辐射的改变并基于已知的磨损模型来估计火花塞直到其失效时剩余的使用寿命。这意味着,可以预测出火花塞的失效。然后,可以根据所述预测来确定最晚何时需要更换火花塞的时间点。为了提高可靠性,可以在置信区间内进行所述预测。

有利地,基于所检测的电磁辐射来匹配运行策略。这尤其在确定出电磁辐射的改变时适用,由此可以得出火花塞老化或者说火花塞电阻老化的结论。如果基于该信息匹配运行策略,则可以遏制或减缓老化过程。例如,如果匹配了运行策略,则可以防止由提高的电磁辐射导致的过早的电极磨损。运行策略的匹配例如可以包括改变关闭角。由老化决定的缺点,例如提高的电极熔损和/或提高的电磁耦合,可以以这种方式来补偿。结果,因而可以进一步延长维护时间区间。

优选地,使用辐射接收器、例如天线来检测火花塞的电磁辐射。辐射接收器例如可以安装在内燃发动机的发动机室内。如果将天线用作辐射接收器,则其优选是定向天线,以便避免干扰源。

在检测到火花塞的电磁辐射时,生成数据,尤其是测量数据。必须对这些数据进行评估,以便从中获得所希望的信息。根据本发明的第一优选实施方式,在内燃发动机的控制器中处理,尤其是评估在检测电磁辐射时生成的数据。内燃发动机的控制器通常可以访问内燃发动机的所有相关运行参数,从而在需要时在评估数据时可以考虑这些参数。此外,在需要时,借助控制器可以立即执行运行策略的匹配。为此优选地,在控制器上存储有合适的逻辑。

替代地或补充地提出,在外部控制器和/或在外部评估装置中处理,尤其评估在检测电磁辐射时生成的数据。这具有以下优:不必更改存储在内燃发动机的控制器中的逻辑,而是简单地将所述逻辑移出(auslagern),例如以便已经存在的内燃发动机进行加装(“加装”解决方案:Retro-Fit)。优选地,在此将数据例如在借助于通信服务和/或云服务的情况下无线地传输给外部控制器和/或外部评估装置。通信服务和/或云服务的提供者例如可以是内燃发动机的制造者和/或数据主机,其具有用于这些服务的必要基础设施。在此,可以连续或不连续地进行数据传输。

还提出,使用分类算法用于将火花塞的电磁辐射与环境中的其他辐射区分开和/或用于计算当前电阻。以这种方式,可以提高说明的可靠性或者说计算的精确性。为此,分类算法优选地存储在在处理/评估数据时使用的控制器中和/或评估装置中。

还提出,将所检测的改变的电磁辐射配属于事先限定的损坏等级,该改变的电磁辐射可以指出火花塞老化或者说火花塞电阻老化。然后可以借助对所求取的损坏等级进行回归来创建用于预知火花塞失效的可靠的预测模型。

设置有用于执行根据前述权利要求之一所述的方法的步骤的控制器。该控制器例如可以是发动机控制器。为了执行该方法,优选在该控制器上存储有具有程序代码的逻辑或计算机程序,当计算机程序在控制器上运行时,该程序代码执行该方法。以这种方式,该方法可以完全或至少部分地自动化进行。

附图说明

下面,参考附图更详细地解释本发明。附图示出:

图1示出了由现有技术已知的火花塞;

图2示出了火花塞在其使用寿命期间的电阻特征曲线;

图3示出了预测模型的图形表示。

具体实施方式

图1所示的火花塞用于外源点火式内燃发动机,以便以两个电极1、2之间的火花点燃燃料-空气混合物。为此,通过与发动机绝缘的导体将高压脉冲引导到第一电极1上,然后火花从该第一电极跨越到另一电极2上。然后,燃料-空气混合物由于跨越的火花的热能而被点燃。

第一电极1容纳在套筒形的绝缘体4的中央空腔3中并且因此也被称为中央电极或中心电极。该中央电极由镍合金组成,并具有铜芯。所述另一电极2是布置为与第一电极1间隔开的接地电极2。该另一电极也由镍合金组成。可以通过电极的布置和/或几何形状影响火花塞技术和使用寿命。

在套筒形的绝缘体4的中央空腔3中,在另一端上容纳有连接栓5,该连接栓优选地由钢制成并且因此是导电的。所需的高压脉冲通过连接栓5被引导到中心电极1上。为了限制点火电流,在连接栓5和中心电极1之间布置有电阻器6,该电阻器在当前情况下由玻璃熔体7实现。电阻器6减少了中心电极1的熔损并从而减小磨损。此外,电阻器6减小了排放到环境中的电磁辐射。

套筒形的绝缘体4在当前情况下被同样呈套筒形的壳体8包围,该壳体在当前情况下由钢制成并且被镀镍以防止腐蚀。壳体8例如可以用于将火花塞固定在机动车的内燃发动机的缸盖中。布置在壳体8外部上的密封环9用于密封内燃发动机的燃烧室。为了使连接栓5和中心电极1与壳体8绝缘,绝缘体4主要由氧化铝组成。

火花塞、尤其是火花塞的电阻经受老化过程。在图2中示出了在火花塞的使用寿命上的电阻特征曲线。

如由图2的曲线可以看出,例如由于用作电阻器的玻璃熔体或者陶瓷的成型,电阻最初可以在短时间内上升。之后电阻下降,具体而言首先快速地下降然后缓慢地但连续地下降。这导致,电极熔损和电磁辐射增大。在火花塞寿命结束之前不久,电阻重新升高,使得点火火花可能会失效。

为了防止这种情况,根据本发明的方法,在内燃发动机的运行中监控火花塞的老化或者说火花塞电阻的老化,使得可以及时地更换火花塞。因此,所述更换与状态相关而不是与时间相关。以这种方式,可以延长维护时间区间以及节省时间和成本。

为了监控火花塞的老化或者说火花塞电阻的老化,在内燃发动机的运行中检测火花塞的电磁辐射。如果电阻下降,则电磁辐射升高,使得可以基于该物理关系根据所检测的电磁辐射来确定电阻。

如果已经探测到电阻的老化,则可以在内燃发动机运行时匹配运行策略,以便补偿由老化引起的缺点,例如提高的电极熔损和/或提高的电磁耦合。以这种方式,可以抵抗逐渐发生的老化,这又有利于更长的维护时间区间。

如由图3示例性地可以看出,可以借助于所检测的电磁辐射来创建预测模型。为了创建图3的预测模型,将借助于辐射接收器检测到的电磁辐射的改变配属于事先确定的损坏等级或者说将该改变进行分类。然后基于所配属的损坏等级的历史曲线,可以预测出确定的发展结果,在当前情况下是火花塞的失效,在达到预给定的阈值10时发生所述失效。

在此,可以在置信区间11内进行预测,该置信区间的宽度在图3中用尺寸x给出。此外,可以计算出在多少公里后和/或多少进一步的运行小时后预计出现火花塞的失效,从而可以事先更换火花塞。

在内燃发动机的运行点、例如发动机转速、关闭角和/或点火时间点已知的情况下,可以借助合适的分类算法,例如通过数据挖掘(data mining),将相关电磁辐射与环境中的其他辐射区分开。

此外,借助这些分类算法可以计算出火花塞电阻的状态。

所提出的方法不仅可以在机动车的内燃发动机中实现,而且还可以在例如用于获得能量的静止内燃发动机中实现。由于这种发动机的尺寸,本发明的优点在此特别明显。

无论是静止的还是移动的内燃发动机,都可以通过对发动机进行加装来升级现有的内燃发动机,所述发动机适合于执行根据本发明的方法。为此,仅需要在发动机室中布置合适的辐射接收器,例如定向天线并且以传输数据的方式将其与控制器和/或评估装置连接。在此不强制涉及发动机控制器,而是也可以通过相应的外部硬件来实现。

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