CN102518514B

CN102518514B - 基于汽车点火系统的离子电流探测电路

Info

Publication number: CN102518514B
Application number: CN 201110456452
Authority: CN
Inventors: 童彬; 潘金献
Original assignee: Kunshan Cadic Auto Electric Parts Co Ltd
Current assignee: Kunshan Cadic Auto Electric Parts Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: CN102518514A

Abstract

本发明公开了一种基于汽车点火系统的离子电流探测电路，包括由点火线圈的次级线圈、火花塞、第一电阻、偏压电路构成的串联回路；所述偏压电路，由稳压二极管和第一电容并联组成，所述稳压二极管的阴极端接点火线圈的次级线圈，所述稳压二极管的阳极端接第一电阻；所述火花塞与第一电阻的公共连接点接地，所述次级线圈与偏压电路的公共连接点与地之间反向连接有第三二极管，所述第一电阻的两端并联有第二二极管，所述偏压电路与第一电阻的公共连接点为第一离子电压测试点，所述第一离子电压测试点连接有信号处理电路，所述信号处理电路的输出端为第二离子电压测试点，本发明能够以及时监测发动机的燃烧特征。

Description

基于汽车点火系统的离子电流探测电路

技术领域

本发明涉及一种汽车点火系统，特别涉及一种基于汽车点火系统的离子电流探测电路。

背景技术

目前，离子电流法应用十分广泛，特别是在汽车点火检测与控制方面的应用研究最多。所谓离子电流法，就是利用发动机自身的火花塞作为传感器，在火花塞的两个电极之间加一个适当的偏置电压，当发动机燃烧室内的混合气体燃烧时，混合气体被离子化，则火花塞间隙的带电离子在外电场(偏置电压)的作用下发生定向流动，形成的电流即为离子电流，也称火花塞离子电流。

在汽车发动机领域，人们开始使用离子电流法监测发动机失火，监测发动机是否爆震等等，以提高和完善对发动机的控制。由于汽车点火系统的点火线圈一般由初级线圈和次级线圈组成，又由于点火线圈的电压为振荡型的电压，因此，次级线圈的高压端耦合到初级线圈的电压为正负高压交替，而在现有技术的电路中，采用离子电流法监测发动机失火、爆震时，人们只能使用负高压进行检测，因此，错过了正高压的检测时间，从而不能及时检测发动机是否产生失火、爆震等情况。另外，在离子电流信号中含有缸内燃烧信息，但是不可识别的，因此，人们还在研究使用离子电流技术监测发动机的燃烧特征，包括发动机误点火，点火提前，点火滞后，无点火，等等信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上不足，提供一种汽车点火系统离子电流探测电路，以及时监测发动机的燃烧特征。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于汽车点火系统的离子电流探测电路，包括由点火线圈的次级线圈、火花塞、第一电阻、偏压电路构成的串联回路；所述偏压电路，由稳压二极管和第一电容并联组成，所述稳压二极管的阴极端接点火线圈的次级线圈，所述稳压二极管的阳极端接第一电阻；所述火花塞与第一电阻的公共连接点接地，所述次级线圈与偏压电路的公共连接点与地之间反向连接有第三二极管，所述第一电阻的两端并联有第二二极管，所述偏压电路与第一电阻的公共连接点为第一离子电压测试点，所述第一离子电压测试点连接有信号处理电路，所述信号处理电路的输出端为第二离子电压测试点；

当点火线圈的次级线圈的高压端获得负高压时，点火线圈、偏压电路、第二二极管、火花塞形成放电回路，以使火花塞放电，放电后火花塞间隙产生的离子电流；同时，次级线圈对偏压电路的第一电容进行充电，第一稳压二极管用于限制次级线圈对第一电容的充电电压；

当点火线圈的次级线圈的高压端获得正高压时，点火线圈、第三二极管、火花塞形成放电回路，以使火花塞放电，放电后火花塞间隙产生的离子电流；

当火花塞放电完成之后，偏压电路的第一电容充当一个电源开始工作，为次级线圈提供电压，此时，第一电容、次级线圈、火花塞、第一电阻形成离子电流回路，第一电阻用于将离子电流转换为离子电压，此时，第一离子电压测试点输出离子电流的电压波形信号；经信号处理电路处理后，第二离子电压测试点得到重复的、可识别的离子电流的电压波形信号，当所述第二离子电压测试点输出的离子电流的电压波形信号的强度高时，汽车点火系统的气缸内的混合气体为燃烧状态；当所述第二离子电压测试点输出的离子电流的电压波形信号的强度低时，汽车点火系统的气缸内的混合气体为不燃烧状态。

进一步的，所述第二离子电压测试点输出的离子电流的电压波形信号的强度高时，是指所述离子电流的电压波形信号不断重复波动且幅值变动大。

进一步的，所述第二离子电压测试点输出的离子电流的电压波形信号的强度高时，是指所述离子电流的电压波形信号不断重复波动且幅值变动小。

进一步的，所述稳压二极管的稳压值为80伏特。

进一步的，所述汽车点火系统，包括火花塞，用于放电，以点燃汽车发动机的气缸内的混合气体；点火线圈，包括初级线圈和次级线圈，次级线圈耦合到初级线圈的电压后，为火花塞提供放电电能；第二电容，用于对点火线圈的初级线圈进行放电；点火模块，接收到点火正时信号时，通过由第二电阻、第二电阻构成的分压电路、可控硅接通点火线圈，使点火线圈与第二电容形成回路；蓄电池，提供直流启动电源；启动开关，用于接通或者关闭蓄电池；第一电感，接通启动开关后，用于升高所述蓄电池的电压，以对第二电容充电。

本发明基于汽车点火系统的离子电流探测电路，连接在汽车点火系统的点火线圈的次级线圈与火花塞之间，当火花塞放电完成之后，形成在火花塞间隙的离子电流经离子电流探测电路，经信号处理电路处理后，从第二离子电压测试点输出不断重复的、可识别的离子电流的电压波形信号，并根据第二离子电流测试点输出的电压波形信号的强度高低，判断汽车点火系统的气缸内的混合气体为是否为燃烧状态。

本发明使用时，点火正时信号由发动机控制单元提供；第二离子电压测试点将测试信号送回给发动机控制单元，以使发动机控制单元能够根据第二离子电压测试点的反馈信号及时的对发动机进行控制。

与现有技术相比，本发明的优点在于：不仅在点火线圈的次级线圈的高压端为负高压时，能够判断汽车点火系统的气缸内的混合气体为是否为燃烧状态，而且在当点火线圈的次级线圈的高压端为正高压时，也能判断汽车点火系统的气缸内的混合气体为是否为燃烧状态。因此，本发明能够及时的判断汽车点火系统的气缸内的混合气体为是否为燃烧状态。

附图说明

图1是本发明实施例的电路原理图；

图2是本发明实施例与发动机控制单元的连接结构图；

图3是本发明实施例点火线圈的次级线圈的高压端为负高压时形成的放电电流流向图；

图4是本发明实施例点火线圈的次级线圈的高压端为正高压时形成的放电电流流向图；

图5是本发明实施例形成的离子电流流向图；

图6是本发明实施例第一离子电压测试点与第二离子电压测试点在有燃烧时的波形对比图；

图7是本发明实施例第一离子电压测试点与第二离子电压测试点在无燃烧时的波形对比图；

图8是本发明实施例第二离子电压测试点在有燃烧和无燃烧时的波形对比图。

图中所示：100、火花塞，200、点火模块，300、信号处理电路，E、蓄电池，S、启动开关，L1、第一电感，L2、点火线圈，LP2、点火线圈的初级线圈，LS2、点火线圈的次级线圈，R1、第一电阻，R2、第二电阻，R3、第三电阻，C1、第一电容，C2、第二电容，D1、稳压二极管，D2、第二二极管，D3、第三二极管，D4为可控硅，tp1、第一离子电压测试点，tp2、第二离子电压测试点，EST、点火正时信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

本发明基于汽车点火系统的离子电流探测电路，包括汽车点火系统和离子探测电路。

请参考图1，汽车点火系统，包括

火花塞100，用于放电，以点燃汽车发动机的气缸内的混合气体；

点火线圈L2，包括初级线圈LP2和次级线圈LS2，次级线圈LS2耦合到初级线圈LP2的电压后，为火花塞100提供放电电能；

第二电容C2，用于对点火线圈L2的初级线圈LP2进行放电；

点火模块，接收到点火正时信号EST时，通过由第二电阻R2、第二电阻R3构成的分压电路、可控硅D4接通点火线圈L2，使点火线圈L2与第二电容C2形成回路；

蓄电池E，提供直流启动电源；

启动开关S，用于接通或者关闭蓄电池E；

第一电感L1，接通启动开关S后，用于升高所述蓄电池E的电压，以对第二电容C2充电。

请参考图1，离子电流探测电路，包括由点火线圈L2的次级线圈LS2、火花塞100、第一电阻R1、偏压电路构成的串联回路；所述偏压电路，由稳压二极管D1和第一电容C1并联组成，所述稳压二极管D1的阴极端接点火线圈L2的次级线圈LS2，所述稳压二极管D1的阳极端接第一电阻R1；所述火花塞100与第一电阻R1的公共连接点接地，所述次级线圈LS2与偏压电路的公共连接点与地之间反向连接有第三二极管D3，所述第一电阻R1的两端并联有第二二极管D2，所述偏压电路与第一电阻R1的公共连接点为第一离子电压测试点tp1，所述第一离子电压测试点tp1连接有信号处理电路300，所述信号处理电路300的输出端为第二离子电压测试点tp2；

请参考图3，当点火线圈L2的次级线圈LS2的高压端获得负高压时，点火线圈L2、偏压电路、第二二极管D2、火花塞100形成放电回路，以使火花塞100放电，放电后火花塞100间隙产生的离子电流；同时，次级线圈LS2对偏压电路的第一电容C1进行充电，第一稳压二极管D1用于限制次级线圈LS2对第一电容C1的充电电压；

请参考图4，当点火线圈L2的次级线圈LS2的高压端获得正高压时，点火线圈L2、第三二极管D3、火花塞100形成放电回路，以使火花塞100放电，放电后火花塞100间隙产生的离子电流；

请参考图5，当火花塞100放电完成之后，偏压电路的第一电容C1充当一个电源开始工作，为次级线圈LS2提供电压，此时，第一电容C1、次级线圈LS2、火花塞100、第一电阻R1形成离子电流回路，第一电阻R1用于将离子电流转换为离子电压，此时，第一离子电压测试点tp1输出离子电流的电压波形信号；经信号处理电路300处理后，第二离子电压测试点tp2得到重复的、可识别的离子电流的电压波形信号，当所述第二离子电压测试点tp2输出的离子电流的电压波形信号的强度高时，汽车点火系统的气缸内的混合气体为燃烧状态；当所述第二离子电压测试点tp2输出的离子电流的电压波形信号的强度低时，汽车点火系统的气缸内的混合气体为不燃烧状态。

其中，火花塞100不仅起到产生高压电弧点燃混合气体的作用，而且起到一个传感器的作用在缸体内监测空气、燃油混合物的燃烧状态，通过离子电流的形式输出。

其中，所述第二离子电压测试点tp2输出的离子电流的电压波形信号的强度高时，是指所述离子电流的电压波形信号不断重复波动且幅值变动大；所述第二离子电压测试点tp2输出的离子电流的电压波形信号的强度高时，是指所述离子电流的电压波形信号不断重复波动且幅值变动小。

作为较佳的实施方式，所述稳压二极管D1的稳压值为80伏特。

本发明基于汽车点火系统的离子电流探测电路，连接在汽车点火系统的点火线圈L2的次级线圈LS2与火花塞100之间，当火花塞100放电完成之后，形成在火花塞100间隙的离子电流经离子电流探测电路，经信号处理电路300处理后，从第二离子电压测试点tp2输出不断重复的、可识别的离子电流的电压波形信号，并根据第二离子电流测试点tp2输出的电压波形信号的强度高低，判断汽车点火系统的气缸内的混合气体为是否为燃烧状态。

请参考图1、图2，本发明使用时，点火正时信号EST由发动机控制单元ECU提供；第二离子电压测试点tp2将测试信号送回给发动机控制单元ECU，以使发动机控制单元ECU能够根据第二离子电压测试点tp2的反馈信号及时的对发动机进行控制。

图6是第一离子电压测试点tp1与第二离子电压测试点tp2在有燃烧时的波形对比图；第一离子电压测试点tp1的波形，发动机控制单元ECU不可识别；第二离子电压测试点tp2为经过信号处理电路300处理过的发动机控制单元ECU可识别的信号。第二离子电压测试点tp2离子电流的电压波形信号不断重复波动且幅值较大，其中，幅值较大，也指峰值较大。

图7是第一离子电压测试点tp1与第二离子电压测试点tp2在无燃烧时的波形对比图；第一离子电压测试点tp1的波形，发动机控制单元ECU不可识别；第二离子电压测试点tp2为经过信号处理电路300处理过的发动机控制单元ECU可识别的信号。第二离子电压测试点tp2离子电流的电压波形信号不断重复波动且幅值较小，其中，幅值较小，也指峰值较小。

图8是第二离子电压测试点tp2在有燃烧和无燃烧时的波形对比图。通过对比可知，有燃烧时，第二离子电压测试点tp2输出的离子电流的电压波形信号的幅值较大；无燃烧时，第二离子电压测试点tp2输出的离子电流的电压波形信号的幅值较小。也就是说，第二离子电压测试点tp2在有燃烧时输出的离子电流的电压波形信号的幅值大于无燃烧时输出的离子电流的电压波形信号的幅值。

通过图8中波形信号的幅值大小，例如从图8中虚线框内第二离子电压测试点tp2输出的波形的峰值的大小，可以判断汽车点火系统的气缸内的混合气体为是否为燃烧状态。由于离子电流的电压波形信号，包括发动机误点火，点火提前，点火滞后，无点火，等等信息，因此，通过第二离子电压测试点tp2的波形的分析，可判断发动机的点火是否正常。

本发明的优点在于：不仅在点火线圈L2的次级线圈LS2的高压端为负高压时，能够判断汽车点火系统的气缸内的混合气体为是否为燃烧状态，而且在当点火线圈L2的次级线圈LS2的高压端为正高压时，也能判断汽车点火系统的气缸内的混合气体为是否为燃烧状态。因此，本发明能够及时的判断汽车点火系统的气缸内的混合气体为是否为燃烧状态。

Claims

1.一种基于汽车点火系统的离子电流探测电路，其特征在于：包括由点火线圈（L2）的次级线圈（LS2）、火花塞（100）、第一电阻（R1）、偏压电路构成的串联回路；所述偏压电路，由稳压二极管（D1）和第一电容（C1）并联组成，所述稳压二极管（D1）的阴极端接点火线圈（L2）的次级线圈（LS2），所述稳压二极管（D1）的阳极端接第一电阻（R1）；所述火花塞（100）与第一电阻（R1）的公共连接点接地，所述次级线圈（LS2）与偏压电路的公共连接点与地之间反向连接有二极管A（D3），所述第一电阻（R1）的两端并联有二极管B（D2），所述偏压电路与第一电阻（R1）的公共连接点为第一离子电压测试点（tp1），所述第一离子电压测试点（tp1）连接有信号处理电路（300），所述信号处理电路（300）的输出端为第二离子电压测试点（tp2）；

当点火线圈（L2）的次级线圈（LS2）的高压端获得负高压时，点火线圈（L2）、偏压电路、二极管B（D2）、火花塞（100）形成放电回路，以使火花塞（100）放电，放电后火花塞（100）间隙产生的离子电流；同时，次级线圈（LS2）对偏压电路的第一电容（C1）进行充电，稳压二极管（D1）用于限制次级线圈（LS2）对第一电容（C1）的充电电压；

当点火线圈（L2）的次级线圈（LS2）的高压端获得正高压时，点火线圈（L2）、二极管A（D3）、火花塞（100）形成放电回路，以使火花塞（100）放电，放电后火花塞（100）间隙产生的离子电流；

当火花塞（100）放电完成之后，偏压电路的第一电容（C1）充当一个电源开始工作，为次级线圈（LS2）提供电压，此时，第一电容（C1）、次级线圈（LS2）、火花塞（100）、第一电阻（R1）形成离子电流回路，第一电阻（R1）用于将离子电流转换为离子电压，此时，第一离子电压测试点（tp1）输出离子电流的电压波形信号；经信号处理电路（300）处理后，第二离子电压测试点（tp2）得到重复的、可识别的离子电流的电压波形信号，当所述第二离子电压测试点（tp2）输出的离子电流的电压波形信号的强度高时，汽车点火系统的气缸内的混合气体为燃烧状态；当所述第二离子电压测试点（tp2）输出的离子电流的电压波形信号的强度低时，汽车点火系统的气缸内的混合气体为不燃烧状态。

2.根据权利要求1所述的基于汽车点火系统的离子电流探测电路，其特征在于：所述第二离子电压测试点（tp2）输出的离子电流的电压波形信号的强度高时，是指所述离子电流的电压波形信号不断重复波动且幅值较大。

3.根据权利要求1所述的基于汽车点火系统的离子电流探测电路，其特征在于：所述第二离子电压测试点（tp2）输出的离子电流的电压波形信号的强度低时，是指所述离子电流的电压波形信号不断重复波动且幅值较小。

4.根据权利要求1所述的基于汽车点火系统的离子电流探测电路，其特征在于：所述稳压二极管（D1）的稳压值为80伏特。

5.根据权利要求1－4中任一项所述的基于汽车点火系统的离子电流探测电路，其特征在于：所述汽车点火系统，包括

火花塞（100），用于放电，以点燃汽车发动机的气缸内的混合气体；

点火线圈（L2），包括初级线圈（LP2）和次级线圈（LS2），次级线圈（LS2）耦合到初级线圈（LP2）的电压后，为火花塞（100）提供放电电能；

第二电容（C2），用于对点火线圈（L2）的初级线圈（LP2）进行放电；

点火模块（200），接收到点火正时信号（EST）时，通过由第二电阻（R2）及第三电阻（R3）构成的分压电路、可控硅（D4）接通点火线圈（L2），使点火线圈（L2）与第二电容（C2）形成回路；

蓄电池（E），提供直流启动电源；

启动开关（S），用于接通或者关闭蓄电池（E）；

第一电感（L1），接通启动开关（S）后，用于升高所述蓄电池（E）的电压，以对第二电容（C2）充电。