CN105351136A - 点火线圈场强感应式探测系统 - Google Patents

Abstract

一种点火线圈场强感应式探测系统，包括：中央控制模块，用于发出点火指令和接收状态反馈信号；点火模块，用于根据中央控制模块发出的点火指令控制充电电路；初级线圈，位于充电电路中并产生初级互感电压；次级线圈，位于初级线圈的外围，用于根据初级线圈的初级互感电压产生给火花塞放电的次级电压；感应线圈，与初级线圈、次级线圈在轴向上分离设置并且位于次级线圈输出端的高压传递导线附近，用于在高压传递导线的感应电流激发下产生感应电压信号；信号处理模块，用于将感应电压信号进行处理从而为中央控制模块提供一个用来判断发动机的汽缸内点火状况和缸体相位的数字信号。本发明可提高电喷系统点火子系统的控制精度，结构简单，便于生产过程的装配。

Description

点火线圈场强感应式探测系统

技术领域

本发明涉及发动机的点火线圈技术领域。

背景技术

在汽车发动机点火系统中，点火线圈是一种为点燃发动机气缸内的空气和燃油混合物提供点火能量的执行部件。它是一种基于电磁感应原理的特殊脉冲升压器，它将8-16V的低电压按设定频率通断使之次级产生20-40KV的电压通过火花塞产生电火花。在汽车发动机发展过程中，人们一直在寻求一些方法提高和完善对发动机的控制，比如发动机判缸，发动机汽缸内部燃烧压力状况，由于点火线圈与发动机工作状况息息相关，因而需要一种能利用点火线圈为基础的判断发动机气缸位置和燃烧压力状况的技术。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明的目的是提供一种结构简单、稳定可靠的点火线圈场强感应式探测系统。

为了达到以上目的，本发明提供了一种点火线圈场强感应式探测系统，包括：中央控制模块，用于发出点火指令和接收状态反馈信号；

点火模块，用于根据所述的中央控制模块发出的点火指令控制充电电路；初级线圈，位于所述的充电电路中并产生初级互感电压；次级线圈，位于所述的初级线圈的外围，用于根据所述的初级线圈的初级互感电压产生给火花塞放电的次级电压；感应线圈，与所述的初级线圈、次级线圈在轴向上分离设置并且位于所述的次级线圈输出端的高压传递导线附近，用于在所述的高压传递导线的感应电流激发下产生感应电压信号；信号处理模块，用于将所述的感应电压信号进行处理从而为所述的中央控制模块提供一个用来判断发动机的汽缸内点火状况和缸体相位的数字信号。

作为本发明进一步的改进，所述的信号处理模块包括感应电压处理单元和相位判别单元，所述的感应电压处理单元对感应线圈输出的感应电压信号进行测量、降压、整形处理，所述的相位判别单元对感应电压处理单元输出的信号由集成电路处理为含有相位信息的数字信号。

作为本发明进一步的改进，所述的相位判别模块采用型号为德州仪器CD14358B的IC芯片。

作为本发明进一步的改进，所述的感应线圈采用平板式感应线圈。

作为本发明进一步的改进，所述的平板式感应线圈由环氧树脂固定在次级线圈输出端的高压传递导线正上方。

作为本发明进一步的改进，所述的点火模块包括组合式火花塞，所述的组合式火花塞两两配对并且彼此之间具有确定的相位关系。

作为本发明进一步的改进，为所述的相位判别单元预设定V_{感应-临界值，}当感应电压信号大于V_{感应-临界值}，此时所述的相位判别单元为所述的中央控制模块提供一个用来判断发动机的汽缸内点火状况和缸体相位的数字信号，所述的中央控制模块判定此状态为点火状态；当感应电压信号小于V_{感应-临界值}，此时所述的相位判别单元没有信号输出，所述的中央控制模块判定此状态为无点火状态。

本发明的点火线圈次级高压输出端平板式电感线圈感应技术是一种可以根据监测电感线圈所产生的感应电压大小和波形可以判断发动机缸体点火状况及相对位置的技术，此技术可用来提高电喷系统点火子系统的控制精度，而且其感应信号可以用来取代相位传感器，由于结构简单，感应线圈与高压传递导线之间的定位容易且精确，便于生产过程的装配。

附图说明

附图1描述了初级电流与配对塞火花击穿电压极性图；

附图2描述了根据本发明的点火线圈场强感应式探测系统的电路原理图；

附图3为根据本发明的电场强度感应相位判别分组点火线圈构造图；

附图4描述了平板式电场感应线圈与次级高压传递导线位置关系；

附图5描述了平板式电场感应线圈结构；

附图6描述了高压输出端高压导线周边电动势分布状况；

附图7描述了感应电压处理单元和相位判别单元的电路原理图；

附图8描述了感应电压与三针放电负载电压和相位信号之间的相互关系；

附图9为实施例中感应电压与三针放电负载电压关系图；

附图10至附图12为实施例中三针放电负载电压-感应电压-相位输出信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见附图1所示，描述了初级电流与配对塞火花击穿电压极性图。分组点火线圈在释放能量的过程中，次级线圈高压传递导线周边开始产生电场，而逐渐增大的电场产生电动势连通配对火花塞的电极。在10～30微秒的瞬间，电动势变得足够大使得火花塞间隙被击穿并产生火花。当火花塞间隙之间的电压增加到产生火花并点燃缸内的燃油和空气的混合体时，在火花产生的瞬间，火花塞间隙中的混合气体被离子化使次级电流开始从正极流向负极，击穿电压的大小与燃油与空气的混合气体压力成正比。火花塞间隙产生火花强劲程度取决于各个火花塞间隙的阻抗，影响火花塞间隙阻抗的因素有很多，但影响最大的因素要属发动机缸体内的压力。缸内压力越大，需要的击穿电压也就越高。汽缸在排气冲程时所需的击穿电压要小，因为在排气时缸内的压力要比压缩冲程时缸内压力要小得多，这样使得排气端得火花塞间隙要比压缩端的火花塞间隙先达到击穿状态，其时间差在几个微秒范围之内。而本发明的平板式电感线圈基于配对火花塞的击穿顺序这个特征来实现判断缸内点火状况和相位探测功能。

参见附图2，描述了根据本发明的点火线圈场强感应式探测系统的电路原理图。如图所示，高压输出端平板式感应线圈电场强度监测、相位判别系统是一个组合式的设计，该点火线圈场强感应式探测系统包括：中央控制模块，用于发出点火指令和接收状态反馈信号；点火模块，用于根据中央控制模块发出的点火指令控制充电电路；初级线圈，位于充电电路中并产生初级互感电压；次级线圈，位于初级线圈的外围，用于根据初级线圈的初级互感电压产生给火花塞放电的次级电压；感应线圈，与初级线圈、次级线圈在轴向上分离设置并且位于次级线圈输出端的高压传递导线附近，用于在高压传递导线的感应电流激发下产生感应电压信号；信号处理模块，用于将感应电压信号进行处理从而为中央控制模块提供一个用来判断发动机的汽缸内点火状况和缸体相位的数字信号。

附图3为根据本发明的电场强度感应相位判别分组点火线圈构造图，附图4描述了平板式电场感应线圈与次级高压传递导线位置关系，点火模块包括组合式火花塞，组合式火花塞包括一对排气端火花塞和一对压缩端火花塞，其配对方式是1号与4号配对，2号与3号配对，由于使用分组点火线圈时发动机汽缸是配对工作的，当其中一个火花塞的击穿电压为负电压时，另一个火花塞的击穿电压必定为正电压，排气端的火花塞击穿电压在时间顺序上要先于压缩端的火花塞。当汽缸4（火花塞4）处入压缩阶段，汽缸1（火花塞1）则处入排气阶段。附图5描述了平板式电场感应线圈结构，图中感应线圈采用平板式感应线圈，置于点火线圈次级输出端高压传递导线正上端约5mm的安全距离的环氧树脂里，该线圈中心采用硅钢片的铁芯，铁芯外部包裹工程塑料构成的壳体。附图6描述了高压输出端高压导线周边电动势分布状况，高压传递导线的感应电流激发下周围激发产生变化的电场，随着距离导线距离的增加电动势逐渐减弱，感应线圈产生感应电压信号，感应线圈连接感应电压监测、波形处理及相位判别模块相，感应电压波形经处理后由内置集成电路给ECU提供一个数字信号，此信号可用来判断发动机汽缸内点火状况和缸体相位。需要说明的是，由于感应线圈采用与初级线圈、次级线圈在轴向上分离设置的设计，极大地增加了生产过程中装配的便利性，由于感应线圈与高压传递导线之间的定位容易且精确（对比于套设的方式），另外使得拆卸修复便于实现，另外可以防止器件之间的相互干扰。

参见附图7所示，信号处理模块包括感应电压处理单元和相位判别单元。感应电压处理单元对感应线圈输出的感应电压信号进行测量、降压、整形处理，相位判别单元对感应电压处理单元输出的信号由集成电路处理为含有相位信息的数字信号，此处采用型号为德州仪器CD14358B的IC芯片。为相位判别单元预设定V感应-临界值，当感应电压信号大于V感应-临界值，此时相位判别单元为中央控制模块提供一个用来判断发动机的汽缸内点火状况和缸体相位的数字信号，中央控制模块判定此状态为点火状态；当感应电压信号小于V感应-临界值，此时相位判别单元没有信号输出，中央控制模块判定此状态为无点火状态。

附图8描述了感应电压与三针放电负载电压和相位信号之间的相互关系。当汽缸4（火花塞4）处入压缩阶段，汽缸1（火花塞1）则处入排气阶段。在时间t0时ECU控制点火线圈，线圈次级两端产生电压为VH4和VH1的同步增长但极向相反。此时的电压相位感应电压V感应-相位接近0伏。当汽缸4中混合气体被离子化，电压升高到击穿电压VBD。在产生放电电弧后，V感应-相位开始出现，由0变成非零值，且符号与VH4电压一致，在时间上约有滞后，产生振荡并逐渐衰减。图3中的汽缸4处在压缩冲程状况，相位感应电压V感应-相位与VH4相对应，在VBD之后其值为负值，根据高压电场与距离在环氧树脂里的分布关系，在感应电压监测、相位判别模块中预设感应电压临界值V感应-临界，当感应电压V感应超过预设的V感应-临界值的时候，感应电压测量和相位判别电子模块给ECU输出一个点火识别及相位判别的数字信号波形。

实施例

平板式电场感应线圈基本参数：

R=2.98ohm；

L=2.1mH（并联）；

匝数=70；

Z=5mm；

附图9显示感应电压值与三针放电间隙负载电压关系：当三针放电间隙负载电压变化时，平板线圈感应电压随之变化，其关系呈非线性。

当三针放电击穿电压为3.5KV时，感应线圈上的感应电压为19.2V，模块中的相位判别的V感应-临界值设置为19V；当三针放电击穿电压大于3.5KV时，平板线圈的感应电压大于19V，此时模块里的相位判别及点火状况识别功能给ECU传送一个方波数字相位信号；当三针放电击穿电压小于3.5KV时，平板线圈的感应电压小于19V，此时模块里的相位判别及点火状况识别功能判断出此状态为无点火，无数字信号传送给ECU。

图10至图12为试验过程中捕做的三针放电负载电压-感应电压-相位输出信号波形图，图10为线圈初级电流-三针放电负载电压-相位信号输出关系，图11为线圈初级电流-三针放电负载电压（3.5KV）-感应电压-相位信号输出关系（图10中1000倍放大），图12为线圈初级电流-三针放电负载电压（20KV）-感应电压-相位信号输出关系（图10中1000倍放大），其中1为初级电流波形，2为平板线圈感应电压波形，3为模块相位信号输出波形，4为三针放电击穿电压波形。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种点火线圈场强感应式探测系统，其特征在于，包括：

中央控制模块，用于发出点火指令和接收状态反馈信号；

点火模块，用于根据所述的中央控制模块发出的点火指令控制充电电路；

初级线圈，位于所述的充电电路中并产生初级互感电压；

次级线圈，位于所述的初级线圈的外围，用于根据所述的初级线圈的初级互感电压产生给火花塞放电的次级电压；

感应线圈，与所述的初级线圈、次级线圈在轴向上分离设置并且位于所述的次级线圈输出端的高压传递导线附近，用于在所述的高压传递导线的感应电流激发下产生感应电压信号；

信号处理模块，用于将所述的感应电压信号进行处理从而为所述的中央控制模块提供一个用来判断发动机的汽缸内点火状况和缸体相位的数字信号。

2.根据权利要求1所述的点火线圈场强感应式探测系统，其特征在于：所述的信号处理模块包括感应电压处理单元和相位判别单元，所述的感应电压处理单元对感应线圈输出的感应电压信号进行测量、降压、整形处理，所述的相位判别单元对感应电压处理单元输出的信号由集成电路处理为含有相位信息的数字信号。

3.根据权利要求2所述的点火线圈场强感应式探测系统，其特征在于：所述的相位判别模块采用型号为德州仪器CD14358B的IC芯片。

4.根据权利要求1所述的点火线圈场强感应式探测系统，其特征在于：所述的感应线圈采用平板式感应线圈。

5.根据权利要求4所述的点火线圈场强感应式探测系统，其特征在于：所述的平板式感应线圈由环氧树脂固定在次级线圈输出端的高压传递导线正上方。

6.根据权利要求1所述的点火线圈场强感应式探测系统，其特征在于：所述的点火模块包括组合式火花塞，所述的组合式火花塞两两配对并且彼此之间具有确定的相位关系。

7.根据权利要求1所述的点火线圈场强感应式探测系统，其特征在于：为所述的相位判别单元预设定V_{感应-临界值，}当感应电压信号大于V_{感应-临界值}，此时所述的相位判别单元为所述的中央控制模块提供一个用来判断发动机的汽缸内点火状况和缸体相位的数字信号，所述的中央控制模块判定此状态为点火状态；当感应电压信号小于V_{感应-临界值}，此时所述的相位判别单元没有信号输出，所述的中央控制模块判定此状态为无点火状态。