CN102062687A - 一种车载故障诊断用的失火发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载故障诊断用的失火发生器，它包括：信号采集单元用于采集发动机点火线圈信号线上的气缸点火信号；或门电路用于接收信号采集单元采集到的各路点火信号并整合成一个点火序列；计数器用于接收或门电路输出的点火序列并转换成地址编码；失火模式选择开关用于选择失火模式；失火率设定单元用于设定失火率；数据存储单元用于接收计数器输出的地址编码、失火模式选择开关选择好的失火模式以及失火率设定单元设定好的失火率，并根据输入的各数据，输出失火信号；触发器用于接收数据存储单元输出的失火信号；电压转换单元用于将失火信号转换成12V；失火执行单元用于接收电压转换单元输出的失火信号，并产生对地回路，使相应的气缸产生失火现象；以及电源单元。本发明适用于采用无分电器的电子点火系统和点火线圈火花塞一体式电子点火系统的汽车。

Description

一种车载故障诊断用的失火发生器

技术领域

本发明涉及一种失火发生器，特别是关于一种车载故障诊断用的失火发生器。 

背景技术

随着汽车的大量生产和使用，汽车排放带来的环境污染问题日趋严重，汽车排放物的检测已经成为备受关注的问题。各国相继出台了控制汽车尾气排放的法规，比如在美国较为通用的OBD(0n Board Diagnostics，车载自动诊断系统)-II法规，在欧洲使用较多的EOBD(European on board Diagnosis，欧洲车载诊断系统)。目前我国也出台了关于OBD的一些标准，诸如HJ 437 2008和HJ 500 2009等，很多地区也开始要求新上市的车必须加装OBD系统。OBD系统的一个重要组成部分是失火诊断系统，失火是一种缸内的不正常燃烧现象，它会导致汽车发动机排放值严重超标，并可能导致催化转化器因过热而损坏。而且，OBD法规也包含对发动机失火检测的要求，所以开发一种促使发动机产生失火现象的设备，对于OBD失火诊断系统的开发、标定和算法研究，具有重要的意义。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够方便地屏蔽任意一次点火，从而产生失火，却不会对前一次或后一次点火产生影响的车载故障诊断用的失火发生器。 

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种车载故障诊断用的失火发生器，其特征在于包括：一信号采集单元，电连接发动机点火线圈信号线，用于采集发动机点火线圈信号线上的气缸点火信号；一或门电路，用于接收所述信号采集单元采集到的各路点火信号，并将所述各路点火信号整合成一个点火序列；一计数器，用于接收所述或门电路输出的点火序列，并将所述点火序列转换成地址编码；一失火模式选择开关，用于选择失火模式；一失火率设定单元，用于设定失火率；一数据存储单元，其中预设有失火信号，所述数据存储单元用于接收所述计数器输出的地址编码、所述失火模式选择开关选择好的失火模式、以及所述失火率设定单元设定好的失火率，并根据输入的各数据，输出所述失火信号；一触发器，用于接收所述数据存储单元输出的失火信号；一电压转换单元，用于接收所述触发器输出的失火信号，并将该信号转换成12V；一失火执行单元，用于接收所述电压转换单元输出的失火信号，并根据输入的失火信号产生对地回路，使相应的气缸产生失火现象； 一电源单元，电连接车辆上的12V蓄电池，为各用电设备供电。 

所述信号采集单元、或门电路、计数器、失火率设定单元、数据存储单元、触发器、电压转换单元、失火执行单元和电源单元均设在一壳体中。 

所述壳体的面板上开设有若干连接孔、两个失火开关、两个失火指示灯、若干失火状态指示灯、一失火发生器电源开关、两个失火模式选择开关以及两个数字拨码开关；其中，所述失火开关电连接在所述数据存储单元和触发器之间，所述失火状态指示灯电连接所述信号采集单元和触发器的输出端，所述失火发生器电源开关电连接在所述电源单元和车辆上的蓄电池之间，所述数字拨码开关电连接所述失火率设定单元。 

所述壳体的面板上的连接孔包括十二个气缸点火线圈信号输入接孔、一电源正极接孔、一电源负极接孔和一失火信号输出接孔；其中，所述信号采集单元通过所述气缸点火线圈信号输入接孔中的接孔电连接发动机上的点火线圈信号线，所述电源单元通过所述电源正极接孔和电源负极接孔分别电连接所述车辆上的12V蓄电池的正极和负极，所述失火信号输出接孔电连接所述触发器的输出端。 

所述失火模式包括n％模式和1/n模式。 

所述失火率为： 

$\mathrm{RATE}=\frac{p+q-1}{\mathrm{pq}}=\frac{1}{p}+\frac{1}{q}-\frac{1}{\mathrm{pq}}$

式中，p、q分别为两个失火率设置数字拨码开关的设定值，且p、q两两互质。 

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于通过信号采集单元采集发动机点火线圈信号线上的气缸点火信号，并通过或门电路和计数器将点火信号转换成地址编码输入数据存储单元，同时，失火模式选择开关和失火率设定单元将选择好的失火模式和设定好的失火率输入数据存储单元，数据存储单元根据输入的各数据，输出一失火信号至触发器和失火执行单元，失火执行单元根据输入的失火信号产生对地回路，使相应气缸产生失火现象，这种失火控制方式不会影响到汽车对点火线圈的诊断，从而避免了发动机点火诊断系统和OBD的失火监测系统之间可能出现的冲突。2、本发明由于采用插接式接线，因此连接方便。3、本发明由于信号采集单元通过气缸点火线圈信号输入接孔中的任一个接孔电连接发动机的任意一路点火线圈信号线，采集发动机点火线圈信号线上的气缸点火信号，因此接线简单。3、本发明由于点火线圈信号最高可接入12路，能够满足通常的测试需求。4、本发明由于可以根据不同的需求方便地选择失火模式，设定面板上的数字拨码开关，产生一定比例的失火，以满足失火诊断系统的测试要求。5、本发明 由于每一点火线圈信号还有对应的指示灯，可方便地查看是否产生了失火。6、本发明由于尺寸为110×200×41mm，因此体积小巧，携带方便。本发明适用于采用无分电器的电子点火系统(EDIS)和点火线圈火花塞一体式(COP)电子点火系统的汽车。 

附图说明

图1是本发明失火发生器的外形示意图 

图2是本发明失火发生器的电路连接示意图 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。 

如图1所示，本发明包括一壳体1，壳体1的尺寸可以设置为110×200×41mm，体积小巧，携带方便。本发明主要操作通过面板完成，采用插接式接线。壳体1的面板上开设有若干连接孔，包括：十二个气缸点火线圈信号输入接孔C1～C12、一电源正极接孔BAT、一电源负极接孔GND和一失火信号输出接孔S_KILL。其中，十二个气缸点火线圈信号输入接孔C1～C12分为奇数气缸点火线圈信号输入接孔C1、C3、C5、C7、C9和C11，偶数气缸点火线圈信号输入接孔C2、C4、C6、C8、C10和C12。 

壳体1的面板上还设置有两个电源保险2，两个失火开关MisFireA、MisFireB，两个失火指示灯KILLA、KILLB，十二个气缸点火线圈信号的失火状态指示灯COILFIRING SEQUENCE，一失火发生器电源开关POWER，两个失火率设置数字拨码开关MisFireA Ratio、MisFireB Ratio以及两个失火模式选择开关3。其中，两个电源保险2分别为车辆上的12V蓄电池和地进行保险，防止电流过大对电路的损坏，可以方便地进行更换，其中电源的保险限流为1A，地的限流为2A。两个失火指示灯KILLA、KILLB分别指示失火状态。十二个气缸点火线圈信号的失火状态指示灯COILFIRING SEQUENCE包括12个红色和绿色的二极管，其中，绿色的失火状态指示灯COIL FIRING SEQUENCE亮表明正常点火，红色的失火状态指示灯COIL FIRINGSEQUENCE亮表明产生了失火。失火发生器电源开关POWER用于通断本发明失火发生器的电源供应。两个失火率设置数字拨码开关MisFireA Ratio、MisFireB Ratio用于设定失火率。 

通过失火模式选择开关3可以选择失火模式，模式选择开关3可以采用单刀双位开关。两个失火模式选择开关3表示每一路失火控制均有两种失火模式可供选择，两种失火模式包括： 

(1)1/n模式：周期性失火，在n个点火信号中周期性地屏蔽一缸点火信号， 其中n为失火率设置数字拨码开关的设定值。在这种模式下可以方便地进行单缸失火，如发动机缸数为4，只要将失火率设置数字拨码开关的值设为4的倍数便可以恒定地屏蔽某一缸的失火。 

(2)n％模式：周期性失火，按照n％的失火率周期性地屏蔽一缸点火信号，其中n为失火率设置数字拨码开关的设定值。因为1/n模式下，失火率即为1/n，失火率的分布不均匀，对一些特定的需求不能满足，所以本发明还提供n％的失火模式以满足实际的需求。 

如图2所示，壳体1中设置有一信号采集单元4、一或门电路5、一计数器6、一失火率设定单元7、一数据存储单元8、一触发器9、一电压转换单元10、一失火执行单元11和一电源单元12。其中： 

信号采集单元4的输入端通过壳体1面板上的气缸点火线圈信号输入接孔C1～C12中的任一个接孔电连接发动机的任意一路点火线圈信号线，采集发动机点火线圈信号线上的气缸点火信号。信号采集单元4最高可以接入12路点火信号，因此满足通常的测试需求。信号采集单元4的输出端电连接或门电路5的输入端和失火状态指示灯COIL FIRING SEQUENCE。信号采集单元4向或门电路5和失火状态指示灯COIL FIRING SEQUENCE输入采集到的各路点火信号。若失火状态指示灯COILFIRING SEQUENCE中的绿色的指示灯显示亮，表明发动机正常点火。本实施例中，信号采集单元4可以采用型号为MM74C14N，MC74HC4050的芯片。 

或门电路5用于将信号采集单元4采集到的各路点火信号整合成一个点火序列，输入计数器6。计数器6将或门电路5生成的点火序列转换成地址编码，输入数据存储单元8。本实施例中，或门电路5可以采用型号为74HC32的芯片，计数器6可以采用型号为CD4040的芯片。 

失火率设定单元7电连接壳体1面板上的两个失火率设置数字拨码开关MisFireA Ratio、MisFireB Ratio，通过数字拨码开关MisFireA Ratio、MisFireBRatio，可以将失火率设定在失火率设定单元7中，再由失火率设定单元将设定好的失火率输入数据存储单元8的地址线最高位后面的连续八位地址。本实施例中，失火率设定单元7可以采用8421拨码器。 

由于在OBD测试的催化器失效试验中，需要使发动机产生一定比率的失火，以确定发动机失火的阈值。试验对失火的要求是：1)失火率是确定的，周期性的。2)失火缸数随机。当然，对失火缸数随机的要求只能是近似的。采用一路失火控制是无法很好地满足上述两种失火模式和失火要求的，原因在于：对于1/n模式，若缸数为m，则n必须设定为与m互质的数才能保证满足上述要求，这样失火率的选择 范围就更小了，无法完成测试目的。为此，可以采用两路失火控制同时工作在1/n模式下的方法来满足试验的要求，即：1)两个失火开关MisFireA、MisFireB均打开，两路同时进行失火控制；2)两路均工作在1/n模式；3)设发动机缸数为m，两个失火率设置数字拨码开关MisFireA Ratio、MisFireB Ratio的设定值分别为p、q，则p、q互质。其中，p、q互质保证失火率确定，p、q互质保证各缸失火概率相等。采用这种方法，其失火率为： 

$\mathrm{RATE}=\frac{p+q-1}{\mathrm{pq}}=\frac{1}{p}+\frac{1}{q}-\frac{1}{\mathrm{pq}}$

下表为在采用两路1/n失火，p、q取部分值的情况下发动机的实际失火率。 

p	q	失火率	p	q	失火率	p	q	失火率
									3	5	46.67％	9	67	12.44％	25	89	5.08％
3	7	42.86％	9	83	12.18％	25	99	4.97％
									3	11	39.39％	11	35	11.69％	27	83	4.86％
3	13	38.46％	11	39	11.42％	27	91	4.76％
									3	17	37.25％	11	45	11.11％	29	81	4.64％
3	23	36.23％	11	51	10.87％	29	89	4.53％
									3	31	35.48％	11	59	10.63％	29	99	4.42％
3	47	34.75％	11	69	10.41％	31	89	4.31％
									3	95	34.04％	11	83	10.19％	31	97	4.22％
5	7	31.43％	13	41	9.94％	33	89	4.12％
									5	9	28.89％	13	45	9.74％	33	97	4.03％
5	11	27.27％	13	51	9.50％	35	93	3.90％
									5	13	26.15％	13	59	9.26％	37	87	3.82％
5	17	24.71％	13	67	9.07％	37	95	3.73％
									5	19	24.21％	13	79	8.86％	39	95	3.59％
5	23	23.48％	13	93	8.68％	41	91	3.51％
									5	27	22.96％	15	53	8.43％	41	99	3.42％
5	33	22.42％	15	59	8.25％	43	95	3.35％
									5	41	21.95％	15	67	8.06％	45	97	3.23％
5	53	21.51％	15	77	7.88％	47	95	3.16％
									5	77	21.04％	15	89	7.72％	49	93	3.09％
7	15	20.00％	17	57	7.53％	51	95	2.99％
									7	17	19.33％	17	65	7.33％	53	95	2.92％
7	19	18.80％	17	73	7.17％	55	97	2.83％
									7	23	18.01％	17	83	7.02％	57	97	2.77％
7	27	17.46％	17	95	6.87％	59	97	2.71％
									7	31	17.05％	19	65	6.72％	61	97	2.65％
7	37	16.60％	19	73	6.56％	65	97	2.55％
									7	45	16.19％	19	83	6.40％	67	99	2.49％

7	55	15.84％	19	97	6.24％	71	97	2.42％
									7	71	15.49％	21	71	6.10％	73	99	2.37％
7	97	15.17％	21	79	5.97％	77	97	2.32％
									9	25	14.67％	21	89	5.83％	79	99	2.26％
9	29	14.18％	23	71	5.70％	83	99	2.20％
									9	35	13.65％	23	79	5.56％	89	97	2.14％
9	41	13.28％	23	89	5.42％	95	97	2.07％
									9	47	13.00％	23	99	5.31％
9	55	12.73％	25	81	5.19％

对于n％模式，通常选择失火率设置数字拨码开关MisFireA Ratio、MisFireBRatio中任一开关，进行失火率设定即可。

进行失火前，应当首先设定好失火率，然后再按下相应的失火开关进行失火。若需要改变失火率，请首先按失火开关停止失火，再进行失火率设定，否则可能会造成发动机失火紊乱或停机等不可预料的后果。 

数据存储单元8中预先设置有一失火信号，数据存储单元8不仅仅接收计数器6输入的转换好的地址编码和失火率设定单元7中设定的失火率，还接收失火模式选择开关3中选择的失火模式，该选择好的失火模式被输入数据存储单元8的地址线最高位。数据存储单元8根据输入的各数据，将失火信号输入触发器9。数据存储单元8和触发器9之间设置有失火开关MisFireA、MisFireB，失火开关MisFireA、MisFireB用于选择是否将此路失火信号输出。当选择失火开关MisFireA时，对应的失火指示灯KILLA和失火率设置数字拨码开关MisFireA Ratio工作；当选择MisFireB时，对应的失火指示灯KILLB和失火率设置数字拨码开关MisFireB Ratio工作。本实施例中，数据存储单元8可以采用型号为AM27C512的芯片。 

触发器9将失火信号同时输出到接孔S_KILL、十二个气缸点火线圈信号的失火状态指示灯COIL FIRING SEQUENCE和电压转换单元10。若失火状态指示灯COILFIRfNG SEQUENCE中红色指示灯亮，表明产生了失火信号。触发器9输出的失火信号的电压是5V，该失火信号经电压转换单元10转换成12V后，输入失火执行单元11。失火执行单元11根据输入的失火信号产生对地回路，使相应的气缸产生失火现象。本实施例中，触发器9可以采用型号为74HC374和74HC74的芯片组合。电压转换单元10可以采用型号为MC14504的芯片，失火执行单元11可以采用型号为IRF840的芯片和MUR460，IN5333B，IN2986B组成。 

电源单元12通过电源正极接孔BAT和电源负极接孔GND分别电连接车辆上的 12V蓄电池的正极和负极，为壳体1中各用电设备供电。电源单元12和车辆上的12V蓄电池之间电连接有一失火发生器电源开关POWER，失火发生器电源开关POWER用于通断本发明失火发生器的电源供应。本实施例中，电源单元12可以采用型号为7805的芯片。 

本发明使用步骤如下： 

1)将车辆上的12V蓄电池和地分别插入壳体1面板上的电源正极接孔BAT、和电源负极接孔GND。 

2)将气缸点火线圈信号线插入壳体1面板上的气缸点火线圈信号输入接孔C1～C12中的一个或多个孔。 

3)按下失火发生器电源开关POWER，如果发动机已经启动，可以看到壳体1的面板上的气缸点火线圈信号的失火状态指示灯COIL FIRING SEQUENCE均以绿色闪烁，而KILLA、KILLB均无闪烁。 

4)通过失火模式选择开关3进行失火模式的选择，并通过失火率设置数字拨码开关MisFireA Ratio、MisFireB Ratio在失火率设定单元7中设定失火率。 

5)按下失火开关MisfireA或MisfireB以产生失火，可以看到壳体1的面板上的气缸点火线圈信号的失火状态指示灯COIL FIRING SEQUENCE在绿色闪烁中间或有红色闪烁，表明产生了失火，KILLA、KILLB也相应地闪烁。 

6)如果需要改变失火率，先按失火开关MisfireA或MisfireB，使其弹起，以停止失火，然后返回步骤4)，重新产生失火。 

试验完毕，不再需要产生失火时，先按失火开关MisfireA或MisfireB，使其停止失火；再按失火发生器电源开关POWER，关闭本发明失火发生器的电源，然后可以停车，拔出点火线圈信号线和电源线插头。 

Claims (6)

1.一种车载故障诊断用的失火发生器，其特征在于包括：

一信号采集单元，电连接发动机点火线圈信号线，用于采集发动机点火线圈信号线上的气缸点火信号；

一或门电路，用于接收所述信号采集单元采集到的各路点火信号，并将所述各路点火信号整合成一个点火序列；

一计数器，用于接收所述或门电路输出的点火序列，并将所述点火序列转换成地址编码；

一失火模式选择开关，用于选择失火模式；

一失火率设定单元，用于设定失火率；

一数据存储单元，其中预设有失火信号，所述数据存储单元用于接收所述计数器输出的地址编码、所述失火模式选择开关选择好的失火模式、以及所述失火率设定单元设定好的失火率，并根据输入的各数据，输出所述失火信号；

一触发器，用于接收所述数据存储单元输出的失火信号；

一电压转换单元，用于接收所述触发器输出的失火信号，并将该信号转换成12V；

一失火执行单元，用于接收所述电压转换单元输出的失火信号，并根据输入的失火信号产生对地回路，使相应的气缸产生失火现象；

一电源单元，电连接车辆上的12V蓄电池，为各用电设备供电。

2.如权利要求1所述的一种车载故障诊断用的失火发生器，其特征在于：所述信号采集单元、或门电路、计数器、失火率设定单元、数据存储单元、触发器、电压转换单元、失火执行单元和电源单元均设在一壳体中。

3.如权利要求2所述的一种车载故障诊断用的失火发生器，其特征在于：所述壳体的面板上开设有若干连接孔、两个失火开关、两个失火指示灯、若干失火状态指示灯、一失火发生器电源开关、两个失火模式选择开关以及两个数字拨码开关；其中，所述失火开关电连接在所述数据存储单元和触发器之间，所述失火状态指示灯电连接所述信号采集单元和触发器的输出端，所述失火发生器电源开关电连接在所述电源单元和车辆上的蓄电池之间，所述数字拨码开关电连接所述失火率设定单元。

4.如权利要求3所述的一种车载故障诊断用的失火发生器，其特征在于：所述壳体的面板上的连接孔包括十二个气缸点火线圈信号输入接孔、一电源正极接孔、一电源负极接孔和一失火信号输出接孔；其中，所述信号采集单元通过所述气缸点火线圈信号输入接孔中的接孔电连接发动机上的点火线圈信号线，所述电源单元通过所述电源正极接孔和电源负极接孔分别电连接所述车辆上的12V蓄电池的正极和负极，所述失火信号输出接孔电连接所述触发器的输出端。

5.如权利要求1所述的一种车载故障诊断用的失火发生器，其特征在于：所述失火模式包括n％模式和1/n模式。

6.如权利要求1所述的一种车载故障诊断用的失火发生器，其特征在于：所述失火率为：

$\mathrm{RATE}=\frac{p+q-1}{\mathrm{pq}}=\frac{1}{p}+\frac{1}{q}-\frac{1}{\mathrm{pq}}$

式中，p、q分别为两个失火率设置数字拨码开关的设定值，且p、q两两互质。

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