CN102782308B - 点火系统控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监视点火系统的方法，其中所述点火系统包含对所述点火系统充电的充电线圈（L1）、初级线圈（L4）和次级线圈（L5）、和控制单元（M1），所述初级和次级线圈（L4，L5）被安排成生成产生火花的电压，其特征在于如下步骤：a）配备与充电线圈（L1）、初级线圈（L4）和次级线圈（L5）的至少一个相邻的单独线圈（L3）；b）使用控制单元（M1）监视所述单独线圈（L3）上的磁通量；以及c）将与所述磁通量有关的信息作为输入用于控制所述点火系统的至少一种工作特性。本发明还涉及用于点火系统的控制系统。

Description

点火系统控制方法和系统

技术领域

本发明涉及一种监视点火系统的方法，其中点火系统包含充电线圈和控制单元。本发明还涉及点火系统的控制系统。

背景技术

在点火系统的领域内，一般需要良好和可靠的性能，以便以成本和能量高效的方式向内燃机提供点火。

但是，问题在于如何收集与系统的性能有关的信息，因为除了别的以外，测量像传统系统的充电线圈或触发线圈上的磁通量那样的特性的任何尝试都会受到由火花生成引起的干扰。在像，例如，SE0600752-0所示那样，将充电线圈周期性短路以便提高充电电容器的充电能力的情况下，这个过程也在点火系统中造成对磁通量的严重干扰。因此，难以收集足够的信息来成功监视和控制点火系统，结果是，像例如在发动机高度压缩期间那样，可以在不适当位置或方向产生火花。此外，牵涉到预期从点火系统中检测火花的传感器等的外部系统也将遭受这些干扰，导致性能下降，甚至损害系统。对于使用双杆桥式飞轮的点火系统，问题特别严重，因为与使用单杆桥式飞轮(single pole bridge fly wheel)的系统相比，根据不正确信息在错误时间产生火花的风险增大了。

因此，显然需要一种可以监视和控制点火系统的性能以及不干扰正常点火系统功能地消除不希望的火花产生的风险的点火控制系统。

发明内容

本发明的目的是消除或至少最大程度地缓解上述问题。这是通过一种监视点火系统的方法实现的，其中该方法包含如下步骤：配备与充电线圈、初级线圈或次级线圈的至少一个相邻的单独线圈；使用控制单元监视所述单独线圈上的磁通量；以及将与所述磁通量有关的信息作为输入用于控制点火系统的至少一种工作特性。从而，可以在降低可在点火系统的一些工作阶段中 在线圈上引起测量干扰的风险的同时，以可靠方式监视产生或改变磁通量时这些线圈的性能。

由于在单独线圈上测量磁通量，所以可以监视充电线圈上的电流生成，以及在初级线圈和次级线圈上产生火花的过程。由于在未参与充电和火花产生的单独线圈上进行测量，所以可以避免否则与在这些线圈的任一个上或在触发线圈上进行测量相联系的缺点，即，对用在这些线圈的任何一个或所有线圈上的铁芯上或周围的磁场的干扰的产生，并且可以显著提高收集数据的可靠性。尤其有益的是通过分析磁通量检测飞轮的旋转方向。

按照本发明的一个方面，所述点火系统进一步包含触发线圈，和所述方法包含将与触发线圈上的磁通量有关的信息同所述单独线圈上的磁通量的信息一起作为输入用于控制点火系统的至少一种工作特性。从而，可以在降低可在点火系统的一些工作阶段中在线圈上引起测量干扰的风险的同时，通过比较所述单独线圈和所述触发线圈上的磁通量，以可靠方式监视产生或改变磁通量时这些线圈的性能。

尤其有益的是，在必须密切监视点火系统的性能的阶段中，譬如，当较慢速地(即，飞轮的rpm速度较低地)使用系统时，或当使用了点火系统的发动机因高度压缩而跳动时，将单独线圈用于测量。如果在错误点火时间发出火花，或当飞轮沿着错误方向旋转时，存在发动机将逆火的巨大风险，其后果是对硬件造成损害或甚至对人员造成伤害。

借助于本发明，可以确定带有一个或多个磁体的飞轮的速度和位置，并且可以显著降低在非所希望时间发出火花的风险。

附图说明

现在参考附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了按照本发明优选实施例的点火系统的电路图；

图2a示出了点火系统的一个优选实施例的透视图；

图2b示出了从侧面看过去的图2a的优选实施例的单独线圈的示意图，和

图2c示出了在任一侧上都示出其它线圈、从下面看过去的图2b的单独线圈的示意图。

图3a示出了描述飞轮沿着适当方向以1000rpm的速度旋转感应的磁通 量的信号的曲线图。

图3b示出了描述飞轮沿着不适当方向以1000rpm的速度旋转感应的磁通量的信号的曲线图。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的优选实施例修改的传统点火系统的电路图。带有四个传统排列线圈L1、L2、L4和L5的铁芯T1被安排成通过随着铁芯T1附近的飞轮(未示出)旋转的至少一个磁体磁化。

第一线圈L1是充电线圈，被安排成感应可以用于产生火花的电压，为了这个目的，使充电线圈L1在一端2上与地连接，而在另一端1上经由整流器D1与充电电容器C1连接。

线圈L4和L5分别是初级和次级线圈，被安排成用作变压器和生成到火花塞SP1的点火电压。这是通过使初级线圈L4在一端3上与充电电容器C1连接而在另一端4上接地，同时使次级线圈L5在一端5上接地而在另一端6上与火花塞SP1连接实现的。控制单元M1可以经由在Out1上输出的脉冲打开晶闸管Q1，然后使充电电容器C1丧失充电电压，因此由于经由初级线圈L4中的感应磁场，在初级线圈L5中产生高压脉冲。

第四线圈是触发线圈L2，在一端7上与地连接而在另一端8上经由连接端In1与控制单元M1连接，并从这个触发线圈L2中可以发送与飞轮的位置和转速有关的信息。但是，由于其在铁芯T1上的位置，这个信息受到可能在点火系统工作期间，尤其在产生火花的时候引起的某些干扰，因此，来自所述触发线圈L2的信息总是不可靠的。

按照本发明，将第五线圈，即，单独线圈L3配备在线圈L1、L2、L4、L5附近，但不安装在铁芯T1上。所述单独线圈L3在一端10上经由连接端In2与控制单元M1连接，而在另一端9上与地连接。将单独线圈L3安排成单独磁路，以避免来自包含线圈L1、L2、L4和L5的电路的干扰。

图2a示出了本发明的优选实施例，其中可以看到线圈L1和L2被安装在与线圈L4、L5相同的铁芯T1上，且电容器C1放置在它们之间。将单独线圈L3安装在其它线圈之间，并安排成与飞轮接近，飞轮以这样的方式安排：即，使一个或多个磁体接近这个线圈L3地通过，以便飞轮产生的磁通量的任何变化都可以被线圈3尽可能精确地检测到。有利的是使单独线圈L3具有基 本上大于高度h的宽度w和长度l(显示在图2b和2c中)，以便使磁通量的测量尽可能精确，并且还能够将线圈L3放置成使得通过将它的上侧放置成与邻近线圈的端部相邻或在邻近线圈的端部下面而引起闪络的风险的最小。如果线圈L3的宽度w和长度l足够小，使得飞轮的一个或多个磁体大到掠过时足以覆盖线圈L3呈现的表面也是有利的。

铁芯T1可以是具有两个基本平行延伸部分的U形，以便将所述充电线圈L1和触发线圈L2安装在所述部分之一上，而将所述初级和次级线圈L4、L5安装在另一部分上，并且其中将单独线圈L3安装在所述延伸部分之间的空间中。借助于这种配置，可以紧靠飞轮地放置单独线圈L3，不会使其它线圈L1、L2、L4、L5的任一个失去这种紧密性地使单独线圈L3精确检测磁通量的任何起伏，从而为所有线圈创造对电容器C1充电和使初级和次级线圈L4、L5起作用的最佳条件，用于在火花塞SP1上产生火花和在触发线圈L2和单独线圈L3上产生信号作为控制单元M1控制点火系统工作的输入。

在点火系统工作期间，通过随着飞轮的旋转周期性生成通过整流器D1的电流的充电线圈L1对充电电容器C1充电。当想把点火电压输送给火花塞SP1以便产生火花时，通过控制单元M1的输出OUT1激活晶闸管Q1的栅极，使充电电容器C1与地连接，以便让电流流过。其结果是，电容器C1上的电压突然下降，从而在初级线圈L4上产生磁通量，该磁通量在次级线圈L5中被转换成电压脉冲，并且在短时间内将必要电压输送给火花塞SP1以便产生火花。

在充电电容器C1上的电压初始突然下降之后，出现阻尼振荡，使电容器C1返回到它可以再次通过充电线圈L1充电的中性状态，以便下一次需要点火时再次启动该过程。

来自控制单元M1的信号产生火花的定时在传统点火系统中取决于可以通过测量触发线圈L2中的磁通量收集的有关飞轮的位置和转速的信息。但是，这要受到围绕铁芯的磁场的起伏引起的相当大干扰，尤其在产生火花和磁场突然变化时。因此，当试图确定产生火花的最佳时间时，尤其在低速(飞轮较缓慢旋转)工作或点火系统输送火花的发动机因高度压缩而跳动的时候，难以分析来自触发线圈L2的数据。在这些时候，存在在不适当时间产生火花的风险，这可能极大地降低点火系统和发动机的总体工作效率。

为了克服这个问题，测量单独线圈L3中的磁通量，将它作为输入经由连 接端In2用于控制单元M1。由于单独线圈L3的位置远离铁芯，所以产生火花时起伏的影响显著降低，并可以获得有关飞轮的速度和位置的更可靠和详细信息。根据这个附加信息，可以显示改善产生火花的定时，并且获得有关飞轮的速度和旋转方向的知识等。因此可以避免尽管条件不合适但发出火花的状况。

在图3a中，示出了来自单独线圈L3的第一信号S1以及来自触发线圈L2的第二信号S2，它们对应于飞轮沿着适合在点火系统中产生火花的方向以1000rpm旋转期间这些线圈L2、L3上的磁通量。第三信号S3示出了指示双杆桥的带有主导北端磁体的飞轮通过的波峰31。

随着飞轮通过线圈，形成第一信号的第一峰11和第二信号的第一峰21，一段时间之后接着形成第一信号的第二峰12和第二信号的第二峰22。通过比较每个信号的第一和第二峰11、12、21、22的振幅，可以确定飞轮的方向，通过测量在第一和第二峰11、12、21、22之间经过的时间，也可以测量飞轮的速度。

在图3b中，示出了第一信号S1′和第二信号S2′，以及随着带有主导南端磁体的飞轮通过示出波峰31′的第三信号S3′。通过将图3a的第二信号S2与图3b的第二信号S2′相比较可以看出，由于图3a的第一和第二峰21、22的振幅类似于图3b的第一和第二峰21′、22′，所以难以检测飞轮沿着适当方向(图3a所示)和不适当方向(图3b所示)旋转时来自触发线圈L2的信号的变化。它们相对于第三信号S3所示的磁体通过的位置也非常相似。

但是，对于来自单独线圈L3的第一信号S1、S1′，第一峰11的振幅显著大于图3a的第二峰12的振幅。对于图3b的第一和第二峰11′、12′，反过来也成立，即第二峰12′在振幅上显著大于第一峰11′。这取决于与北端相比，当受飞轮的主导南端磁体支配时相反的单独线圈L3的极性。由于单独线圈L3产生的单独磁路基本上独立于充电线圈L1、触发线圈L2、初级和次级线圈L4、L5产生的磁路，所以第一信号S1也比第二信号S2更可靠，因为点火系统的其它部分中的磁起伏对单独线圈L3的影响小得多。

按照本发明的分析可以只使用来自单独线圈L3的第一信号S1来进行。对于改进的和更详细的结果，如本文所述，可以使用像信号S1和S2两者的峰值的振幅和位置那样的信息。

霍尔效应传感器可以用作单独线圈(L3)并且可能是有利的，因为可以 非常精确地检测磁通量，尤其在低能时。但是，这个部件比可以成本非常划算地制造的和用在本发明上的传统线圈更昂贵。

单独线圈L3可以输送给控制单元M1的有关磁通量的信息在可替代实施例中也可以由包含光学传感器的传感器系统给出，光学传感器用于检测飞轮的每个磁体的位置。从而，以及通过在控制单元M1上进行一系列计算，可以以与上述优选实施例给出的精度接近的精度确定火花的定时。

在可替代实施例中，触发线圈L2可以独自或与单独线圈L3一起用作定时基准。如上所述，这样的实施例存在与信号中的噪声有关的缺点，但是，这可以通过同时测量L2上的许多定时脉冲，随后将那些时间相互比较从而得出结论来解决。因此，可以使用触发线圈L2来进一步保持单独线圈L3的功能，其中所述触发线圈L2检测的磁通量可以向控制单元M1提供附加信息，这样就可以建立可以以有效方式控制点火系统中火花的产生的稳定系统。

本领域的普通技术人员容易理解，本发明不应该被视为受上述优选实施例限制，而是可以在所附权利要求书的范围内加以改变。例如，可以将带有一个或两个磁体的飞轮用在本发明上，以及单独线圈可以是，例如，扼流圈或霍尔效应传感器。

Claims (14)

1.一种监视点火系统的方法，其中所述点火系统包含对所述点火系统充电的充电线圈(L1)、初级线圈(L4)和次级线圈(L5)、和控制单元(M1)，所述初级和次级线圈(L4，L5)被安排成生成产生火花的电压，其特征在于如下步骤：

a)配备与充电线圈(L1)、初级线圈(L4)和次级线圈(L5)的至少一个相邻的单独线圈(L3)；

b)使用控制单元(M1)监视所述单独线圈(L3)上的磁通量；以及

c)将与所述磁通量有关的信息作为输入用于控制所述点火系统的至少一种工作特性,

其中所述点火系统进一步包含触发线圈(L2)和所述方法包含如下步骤：

d)将与所述触发线圈(L2)上的磁通量有关的信息同步骤c)的信息一起作为输入用于控制所述点火系统的至少一种工作特性。

2.按照权利要求1所述的方法，其中所述特性是在所述点火系统中产生火花的定时。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述点火系统进一步包含飞轮，和所述特性是在安全模式下的工作，其中将与所述飞轮有关的特性作为输入用于所述安全模式。

4.按照权利要求3所述的方法，其中所述特性是所述飞轮的旋转方向。

5.按照权利要求3所述的方法，其中所述特性是所述飞轮的速度。

6.按照权利要求4-5的任何一项所述的方法，其中所述单独线圈(L3)是霍尔效应传感器。

7.一种用于点火系统的控制系统，所述点火系统包含充电线圈(L1)，其特征在于，所述系统进一步包含安排成暴露在所述充电线圈(L1)附近的磁场中的单独线圈(L3)、和安排成收集与所述单独线圈(L3)中的磁通量有关的信息的控制单元(M1)，

所述点火系统进一步包含触发线圈(L2)，其中所述控制单元(M1)被安排成收集与所述触发线圈(L2)中的磁通量有关的信息。

8.按照权利要求7所述的控制系统，其中所述控制单元(M1)被安排成使所述点火系统可以在根据从所述单独线圈(L3)和所述触发线圈(L2)收集的信息而确定的时间上产生火花。

9.按照权利要求7或8所述的控制系统，其中所述充电线圈(L1)和所述触发线圈(L2)被安装在铁芯(T1)上，且其中所述系统进一步包含安装在相同铁芯(T1)上的初级线圈(L4)和次级线圈(L5)，以及其中所述单独线圈(L3)被安装成与所述铁芯(T1)相邻。

10.按照权利要求9所述的控制系统，其中所述铁芯(T1)是具有两个平行延伸部分的U形，以便将所述充电线圈(L1)和所述触发线圈(L2)安装在所述部分之一上，而将所述初级和次级线圈(L4，L5)安装在另一部分上，并且其中将所述单独线圈(L3)安装在所述延伸部分之间的空间中。

11.按照权利要求10所述的控制系统，其中所述点火系统还包含在所述充电线圈(L1)上产生磁通量的飞轮，以及其中所述控制单元(M1)收集有关所述飞轮的状态的信息，并将这个信息用于控制所述点火系统的工作。

12.按照权利要求11所述的控制系统，其中所述飞轮的所述信息包含与所述飞轮的速度或旋转方向有关的信息。

13.按照权利要求10-12的任何一项所述的控制系统，其中所述控制单元(M1)被安排成保证所述点火系统的工作，以便只有在所述控制单元(M1)认为所述系统的状态有益于产生火花的时候产生火花。

14.按照权利要求13所述的控制系统，其中所述单独线圈(L3)是霍尔效应传感器。