CN101379288B - 测量谐振结构火花塞的电离电流的方法和相应的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种配备在机动车点火系统上的用于测量具有谐振结构型的火花塞的电离电流的设备，所述火花塞(BR)耦合到包括调节电容器的发生器(GEN)。所述发生器还包括连接在该发生器(GEN)和所述火花塞(BR)之间的、用于极化该火花塞(BR)的极化装置(MPOL)，以及连接在该调节电容器(Cb)与地之间的用于测量所述火花塞(BR)的电离电流的装置(MMES)。

Description

测量谐振结构火花塞的电离电流的方法和相应的设备
技术领域
本发明一般涉及测量火花塞、特别是在机动车的点火系统中使用的谐振结构型火花塞的电离电流。
本发明特别适合于包括多火花型谐振结构火花塞或BME的所谓“射频”点火系统。
背景技术
例如，以本申请人名义的法国专利申请FR 2859830、FR 2589869和FR 2859831中描述了使用交流电的这些点火系统。
在压缩周期的最后，火花塞负责形成电弧，该电弧的能量足以触发包含在发动机燃烧室中的气态混合物的点火过程。
该电弧对应于位于火花塞的多个电极之间的气态混合物的电离，这些电极分别为正的中心电极和接地电极。
然而，在火花塞已经生成火花之后，当混合物燃烧时，火焰边缘会蔓延。其冲击力可将该混合物的一部分向回推到汽缸的多个壁上以及活塞的顶部。
压力和温度升高得如此之大以至于燃料会保持滞塞在这些壁上，达到其自燃点并随后在几个地方燃烧。
其结果是微爆炸产生声学领域中的振动(在大约5kHz和10kHz之间)。这些振动非常强烈并能很快产生多个热区，它们进一步加重该问题。这些微爆的累积将使活塞的顶部上和/或汽缸的各个壁上的少量金属破碎并熔化，经过一段时间后，这会导致活塞和汽缸的那些壁的损坏。
通过测量电离电流(即穿过火花塞的电流)能够检测这些碰撞现象的出现。实际上，电离电流穿过火花塞而出现，就象有一个电阻器被暂时置于那些电极的端子处一样(根据第一近似)。
为此，这些测量装置或传感器必须能够运转于例如大约7kHz的非常窄的带宽内。
发明内容
本发明的目的是提出一种在谐振结构型火花塞的情况下用于测量极化电流的装置。
本发明的另一目的是提出一种用于足够准确地测量从而能够在所希望的窄频通带内工作的装置。
为此，本发明提出了在机动车的点火系统中使用的、测量谐振结构火花塞的电离电流的方法，其中，在点火阶段期间，所述火花塞由使用事先充电的调节电容器生成的电压来供电。
根据本发明的这个方面的一般特征，在已经使该火花塞极化之后，在两个点火阶段之间，在所述控制电极与地之间周期性地测量所述电离电流。
换言之，不是在该火花塞上测量该电离电流(这是为了解决该问题所要求的)，而是在通过被放电来对该火花塞供电的调节电容器上直接地测量该电离电流。
因此，该测量的不准确性被最小化。
根据一个实施方式，所述电离电流是借助于连接在所述调节电容器与地之间并在点火阶段期间短路的测量装置来被测量的。
换言之，仅在两个点火阶段之间才连接该测量装置。
根据另一实施方式，在阻尼阶段完成时测量该电离电流，其中在该阻尼阶段期间穿过该火花塞的电流逐渐减小。
根据本发明的另一方面，提出了在机动车的点火系统中使用的用于测量谐振结构火花塞的电离电流的设备，所述火花塞耦合至包括调节电容器的发生器上。
根据本发明的另一方面的一般特征，所述发生器还包括连接在该发生器与所述火花塞之间的能够使该火花塞极化的极化装置、以及连接在该调节电容器与地之间的用于测量所述火花塞的电离电流的装置。
因此，由于该测量装置是连接在该调节电容器与地之间而不是直接连接到该火花塞的那些端子上，有可能为该火花塞选择极化电阻器，该极化电阻器具有低值、适合于电离电流的强度(它通常小于1mA)并适合于特定频带(例如其中观察到碰撞现象的频带)。
优选地，该设备还可以包括能够使所述测量装置短路的可控短路装置。
例如，所述测量装置可以包括测量电阻器。
根据一个实施方式，所述短路装置可以包括连接在所述调节电容器与地之间并由短路电压发生器控制的短路晶体管，以及连接在所述测量电阻器与地之间并能够使所述短路晶体管极化的极化电源。
根据一个实施方式，所述极化电源一方面可以包括串联连接的电源电阻器和本地电源，另一方面可以包括在所述测量电阻器与地之间、与所述电源电阻器以及本地电源并联连接的电源电容器。
附图说明
参考附图，通过检查对本发明的非限制性实施例的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1示出了了本发明的一个实施例；
-图2更确切地示出了本发明的一个实施例；
-图3更详细地示出了本发明的一个实施例的模块；
-图4是本发明的一个实施例的不同步骤的时序图；
-图5和图6示出了本发明的另一个块的实施例。
具体实施方式
在图1中，参考标记SYS表示用于机动车的包括振动结构型火花塞BR的点火系统，它是本领域技术人员所熟知的，并在例如以本申请人名义的法国专利申请FR 2859830、FR 2589869和FR 2859831中进行了描述。
电离电流Ii通过火花塞BR流动。
更具体地说，如图1示意性所示，火花塞BR包括谐振组件RS1(称为火花塞线圈)，该谐振组件包括电感线圈L1和电容器C1，在本实施例中该电容器包括一个壳1、陶瓷2、中心电极3的组件。
火花塞BR连接至发生器GEN，它能够产生称为“中间电压”的高值电压。该高值电压由电容器C1的中心电极3定向。当该电流通过中心电极3和接地电极4之间时产生电弧，从而生成火花5。
火花塞BR经由与去耦装置MDEC串联的、称为“高压导向器(highvoltage pilot)”的DHT级连接到发生器GEN。该火花塞的极化装置MPOL与高压导向器DHT并与去耦装置MDEC并联地连接。
发生器GEN包括能够测量流过火花塞BR的电离电流Ii的测量装置MMES。
参见图2，该图更详细地示出了根据本发明的系统SYS的块的实施例。
发生器GEN可以使用按照本领域技术人员使用的表述的“增压(boost)”型的电压上升(voltage step-up)组件制成。
发生器GEN包括电源Vbat(在此情况下为12伏电源)，该电源能够对通过第一端子b1连接到该电源Vbat的所谓“贮存器(reservoir)”线圈BRES充电。该线圈BRES的加载是由连接在该线圈BRES的另一端子b2与地之间的晶体管M1来控制的。该晶体管M1由电压发生器GM1控制。
该贮存器线圈BRES在大于电压Vbatt提供的12伏电压的电压下通过整流二极管DR对连接到其端子b2的电路部分放电。这个相对高的电压称为“中间电压”Vint。它大约是100伏。为了使该中间电压Vint保持大致恒定，发生器GEN包括连接到整流二极管DR的输出端的所谓的“镇流”电容器Cb。
发生器GEN连接到由中间电压Vint供电的高压导向器DHT，并由控制装置MCOM的控制信号Scom来控制。
该控制信号Scom直接引起由火花塞BR产生和生成的火花。
图3示出了高压导向器DHT的一个示例性实施例。
它包括由并联连接的线圈L2和电容器C2形成的系统，并且接收中间电压Vint作为输入。
组件L2-C2在其输出端连接到控制晶体管M5，该控制晶体管在其控制电极上接收控制信号Scom。
控制信号Scom对应于周期性产生的脉冲串。
因此，在每个脉冲串上，晶体管M5对线圈L2充电，该线圈与电容器C2和谐振组件RS1谐振，从而在火花塞BR的固有频率上产生高压脉冲。
当谐振组件RS1在其固有频率上受到激励并且品质因数高时(例如大于40)，在电容器C1的端子处产生了非常高的电压。火花塞BR的中心电极(它是电容器C1的端子之一)于是被升高到能够触发火花的非常高的电压。
再次参见图2。
由高压导向器DHT产生的激励经由去耦装置MDEC(在此情况下为去耦电容器Cd)被发送到火花塞BR的谐振结构RS1。
去耦电容器Cd阻止了中间电压Vint与火花塞3的中心电极之间连续连接。该连接的这一中断使之有可能防止对人的电击或被电死。
此外，如果出现“电弧”型放电，则这会导致这些电极特别是中心电极3的快速损坏。事实上，如果在该中心电极与地之间建立具有足够强导电性的火花，则所产生的电压降会降低到中间电压Vint以下。在电容器Cd中累积的所有电荷于是在由该火花引起的连接中传导。电荷的这一传导是以能够破坏中心电极3的高电流进行的。
去耦电容器Cd的功能是防止这种类型的电荷传导。
作为变型，所述发生器可以是升压型的变压器，它防止直接电流的传导。在这种情况下，不再需要使用去耦电容器。
为了能够测量电离电流，使用极化装置MPOL以在火花塞BR的中心电极3上在产生火花后维持优选的正极化。
按照惯例，极化装置MPOL可以由电阻器Rpol形成，该电阻器连接在传送中间电压Vint的整流二极管D的输出端和去耦装置MDEC(在这种情况下为电容器Cd)的输出端之间。
那么，用于测量电离电流的一个简单解决方案就是将一个组件连接到极化电阻器Rpol的端子，该组件能够将电压的值分压、将适当分压后的值转换为电流并随后对其进行测量。
本领域技术人员所熟知的这些常规组件可以借助于具有分立式晶体管的差动放大器、或者运算放大器、或者甚至是利用电流镜像电路的组件而制成。然而，包括分压器的这些组件降低了测量非常微弱的电离电流所需的准确度。
与这些解决方案不同，本发明涉及使用具有低值的极化电阻器，从而在测量电离电流时保持最大准确度，并且在发生器GEN中，所述测量装置不是耦合到极化电阻器Rpol的端子，而是耦合在电容器Cb与地之间。
测量装置MMES包括测量电阻器Rm和测量端子Bm，其中在该测量端子处测量电离电流。
另外，这些测量装置MMES与短路装置MCC相关联，该短路装置包括与测量电阻器Rm并联的开关INT，该开关INT由短路发生器GCC控制。
该开关优选地是快速的并且具有非常低的阻抗。
图4示出了在一个周期T期间本发明的操作模式的各个步骤。
在时刻t0，晶体管M1变为导通并使得电容器Cb能够被充电。
在时刻t1，控制信号Scom用脉冲控制信号(该脉冲例如在5MHz的频率)控制晶体管M5触发点火阶段以及由火花塞BR生成的火花。在时刻T2，该控制信号再次变为去激活。
在阻尼阶段(在t2和t3之间)，由于寄生电阻的存在，点火电流(具有高幅值)在火花塞BR内被自然地逐渐减弱。
在时刻t0和时刻t3之间，所述短路装置是激活的并使得所述测量电阻器短路。因而，电容器Cb连接在整流二极管DR与地之间。
在时刻t3，晶体管M2使得所述短路装置去激活，于是电容器Cb通过测量电阻器Rm放电。电阻器Cb的放电电流对应于电离电流，它穿过电阻器Rpol、在火花塞BR中然后在燃烧混合物中流过。
于是在测量端子Bm上测量电离电流的值。
该测量阶段结束于时刻t4，并且在时刻t5重复另一充电、点火和测量周期。
图5示出了开关INT的一个实施例。在该实例中，该可控开关由晶体管(在此情况下为MOS型)M2实现，其控制电极连接到发生器GCC。为了抵消MOS晶体管M2的结构化二极管的效应，使用连接在测量电阻器Rm与地之间的极化电源Apol来引入极化。
在图6中示出了极化电源Apol的一个实施例。
在该实例中，极化电源Apol包括电容器Cal，它经由电源电阻器Ral连接到本地电源Aloc。该本地电源Aloc例如可以是电池电压或者5伏电源。
本领域技术人员知晓如何确定所用部件的大小，从而知道电容器Cal的端子处的电压Val。根据电压值Val，可以通过以下关系导出电离电流Ii：
Ii＝(Tension_Apol-Tension_Bm)/Rm
因此，本发明使之有可能非常准确地并且在例如适于检测碰撞现象的适当限定的频率范围之内测量电离电流。

Claims (8)

1.一种测量在机动车点火系统中使用的谐振结构火花塞的电离电流的方法，其中，在点火阶段，所述火花塞(BR)由借助于预先充电的调节电容器(Cb)而产生的电压来供电，其特征在于，在已经极化该火花塞(BR)后，在两个点火阶段之间，在所述调节电容器(Cb)与地之间周期性地测量所述电离电流(Ii)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电离电流是借助于连接在所述调节电容器(Cb)与地之间并在所述点火阶段期间短路的测量装置来被测量的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电离电流是在阻尼阶段结束时被测量的，在该阻尼阶段期间通过所述火花塞的电流逐渐减小。
4.一种用于测量在机动车点火系统中使用的谐振结构火花塞的电离电流的设备，所述火花塞(BR)耦合到包括调节电容器的发生器(GEN)，其特征在于，所述发生器还包括连接在该发生器(GEN)和所述火花塞(BR)之间的适于极化该火花塞(BR)的极化装置(MPOL)，以及连接在所述调节电容器(Cb)与地之间的用于测量所述火花塞(BR)的电离电流的测量装置(MMES)。
5.根据权利要求4所述的设备，还包括适于使所述测量装置(MMES)短路的可控短路装置(MCC)。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述测量装置(MMES)包括测量电阻器(Rm)。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述短路装置(MCC)包括短路晶体管(M2)，该短路晶体管连接在所述调节电容器(Cb)与地之间并由短路电压发生器(GCC)控制；以及极化电源(Apol)，该极化电源连接在所述测量电阻器(Rm)与地之间并适于将所述短路晶体管极化。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述极化电源一方面包括串联连接的电源电阻器(Ral)和本地电源(Aloc)，另一方面包括在所述测量电阻器(Rm)与地之间的与所述电源电阻器(Ral)和所述本地电源(Aloc)并联连接的电源电容器(Cal)。
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