CN106286071B - 点火系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种点火系统及其应用方法，所述点火系统包括ECU、点火开关、点火线圈、MCU和可控稳压源；点火开关分别与点火线圈的初级线圈和ECU电性连接，MCU分别与ECU和可控稳压源电性连接，可控稳压源分别与MCU和次级线圈电性连接，所述可控稳压源在所述MCU控制下开启或关闭，并按照当前发动机对于点火能量的需求为次级线圈提供能量。本发明在传统点火系统的基础上，增加了MCU和可控稳压源，按照当前发动机对于点火能量的需求为次级线圈提供一稳定电压，实现对点火线圈的低压续能，延长了点火线圈的放电时间、增加点火能量、降低失火概率、提高燃烧效率、减少排放、增加动力输出的效果，无需增加额外的高压分流装置，降低了开发成本。

Description

点火系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及汽车制造技术领域，特别涉及一种点火系统及其应用方法。

背景技术

目前，发动机增压技术、直喷技术、均质稀燃及高EGR技术均需要点火线圈为发动机提供更高的点火电压和点火能量，而现有点火线圈受制于线圈结构形式及安装尺寸等限制，最大点火能量只能达到100mJ左右，因此现有点火线圈的设计理念已不能满足发动机最新技术的发展要求。另外，在现有点火线圈的开发方面，为了满足不同的客户以及不同的发动机对于点火线圈有不同的点火能量和点火电压需求，需要针对不同的点火电压和点火能量提供支撑该点火线圈工作的点火系统(即对点火系统进行磁路和结构的重新设计)，意味着新的点火系统的开发，每个点火系统开发周期为两年左右，再加上模具费、试验费、生产线的投资，整个开发过程不但耗时且耗力耗钱。

随着法规对燃油经济性和排放的日益严苛，以及对发动机动力性的追求，加之新技术如增压、直喷、稀薄燃烧、均质燃烧及高EGR(Exhaust Gas Recirculation，简称EGR)率发动机的出现，对发动机点火系统提出了越来越高的要求，尤其是点火能量。由于安装尺寸的限制，点火线圈不能简单地通过增加尺寸来增加能量输出，并且作为点火系统核心零部件的点火线圈，当点火线圈的结构固定时，线圈能储存传递的能量有限，根本无法按照发动机的实际需求自由调节点火能量。

现有的点火系统采用高压续能高能点火理念，该系统可以提供6000V高压进行续能，可以有效提高点火能量。但是，由于6000V的高压直接接在4个点火线圈上会造成误击穿而引起回火，对此，点火系统通过增加一套高压分流装置解决该问题。而高压分流装置的元件多导致其所占用面积大、成本高的问题。此外，由于高压分流装置的存在，一旦高压分流装置发生异常，则会导致发动机失火或者误击穿，提高了该点火系统的应用风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种点火系统及其应用方法，以解决现有技术中点火系统存在高成本及高风险的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种点火系统，所述点火系统包括：ECU、点火开关、点火线圈、MCU和可控稳压源；其中，所述点火线圈包括：初级线圈和次级线圈，所述点火开关分别与所述点火线圈的初级线圈和所述ECU电性连接，所述MCU分别与所述ECU和所述可控稳压源电性连接，所述可控稳压源分别与所述MCU和所述点火线圈的次级线圈电性连接，并且，所述可控稳压源在所述MCU控制下开启或关闭，并按照当前发动机对于点火能量的需求为所述点火线圈的次级线圈提供能量。

可选的，在所述的点火系统中，在一个点火周期内，ECU控制点火开关打开为点火线圈的初级线圈充电，当初级线圈充电达到预设的充电时间后，ECU控制点火开关关闭的同时所述可控稳压源在所述MCU控制下开启，所述可控稳压源向点火线圈的次级线圈放电，当次级线圈放电达到预设的放电时间后，所述MCU控制所述可控稳压源关闭直至该点火周期结束。

可选的，在所述的点火系统中，所述预设的充电时间由所述ECU控制设定。

可选的，在所述的点火系统中，所述预设的放电时间由所述MCU控制设定。

可选的，在所述的点火系统中，在一个点火周期内，所述MCU实时监测ECU控制点火开关启闭的控制信号，所述MCU在所述控制信号出现下降沿时控制所述可控稳压源开启。

可选的，在所述的点火系统中，所述MCU控制所述可控稳压源的参数包括：续能开始时刻、续能时间及输出功率。

可选的，在所述的点火系统中，所述可控稳压源输出的电压根据当前发动机所需的点火能量进行设置。

可选的，在所述的点火系统中，当前发动机所需的点火能量通过当前发动机的转速和缸压获知。

可选的，在所述的点火系统中，所述点火开关的数量与所述点火线圈的数量一致，所述可控稳压源和所述MCU的数量均为一个；每个点火线圈对应一个点火开关，所有点火线圈共用一个所述可控稳压源和所述MCU。

可选的，在所述的点火系统中，所述可控稳压源为DC-DC转换器。

可选的，在所述的点火系统中，所述点火开关为IGBT。

相应地，本发明提供一种点火系统的应用方法。

在本发明所提供的点火系统及其应用方法中，在传统点火系统的基础上，增加了MCU和可控稳压源，能够按照当前发动机对于点火能量的需求为点火系统的所有点火线圈的次级线圈提供一稳定电压，实现对点火线圈的低压续能，从而延长点火线圈的放电时间、增加点火能量、降低失火概率、提高燃烧效率、减少排放、增加动力输出的效果，无需增加额外的高压分流装置，降低了开发成本。

另一方面，所有点火线圈共用一个MCU和可控稳压源，相对于为每个点火线圈提供一个MCU和可控稳压源的形式，能达到结构紧凑、成本更低的效果。

附图说明

图1是本发明一实施例中点火系统的示意图；

图2是本发明一实施例中点火及续能时序图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的点火系统及其应用方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，其为本发明的点火系统的示意图，如图1所示，所述点火系统包括：ECU(电子控制单元)、点火开关、点火线圈、MCU(微控制单元)和可控稳压源；其中，所述点火线圈包括：初级线圈和次级线圈，所述点火开关分别与所述点火线圈的初级线圈和所述ECU电性连接，所述MCU分别与所述ECU和所述可控稳压源电性连接，所述可控稳压源分别与所述MCU和所述点火线圈的次级线圈电性连接，并且，所述可控稳压源在所述MCU控制下开启或关闭，并按照当前发动机对于点火能量的需求为所述点火线圈的次级线圈提供能量。由于点火线圈的结构与现有的点火线圈结构相同，故此处不做过多赘述。

较佳的，所述点火开关为IGBT，所述可控稳压源包括但不局限于DC-DC转换器(直流对直流转换器)，只要可以为点火线圈的次级线圈提供稳定的电压即可。DC-DC转换器与传统点火线圈原理类似，由于DC-DC转换器的开关频率非常高，是传统点火线圈的上千倍。因此，在提高同样的点火能量的情况下，采用DC-DC转换器更容易实现，且能量提高的空间也更大。

本实施例中，所述点火开关的数量与所述点火线圈的数量一致，所述可控稳压源和所述MCU的数量均为一个；每个点火线圈对应一个点火开关，所有点火线圈共用一个所述可控稳压源和所述MCU。

如图1所示，Ub为接电源的端口，PGND为点火线圈的初级线圈接地的端口，SGND表示是点火线圈的次级线圈接地的端口，IGN_1、IGN_2、…、IGN_N分别对应ECU分别控制点火开关IGBT1、IGBT2、…、IGBTN的控制信号(也称为点火信号)，点火开关IGBT1、IGBT2、…、IGBTN的控制信号分别对应控制点火线圈CL1、CL2、…、CLN；N为大于等于2的整数。

为了较好的理解本发明的点火系统的点火及续能过程，以点火线圈的数量为4个，相应的每个点火线圈均分配一个点火开关(对应为图2中IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4)为例，进行详细阐述。

本发明还提供一种点火系统的应用方法，具体步骤请结合图2进行理解。如图2所示，发动机各缸按顺序依次点火，相邻两缸的点火线圈的点火间隔为T1，在一个点火周期T2内，ECU向需要进行点火的点火线圈的点火开关发送控制信号(即点火信号)，ECU通过控制信号控制点火开关打开为点火线圈的初级线圈充电，当初级线圈充电达到预设的充电时间t3后，ECU再次发送控制信号控制点火开关关闭，同时所述可控稳压源在所述MCU控制下开启，所述可控稳压源向点火线圈的次级线圈放电spark，当次级线圈放电达到预设的放电时间t1后，所述MCU控制所述可控稳压源关闭直至该点火周期结束。

在点火线圈的初级线圈充电结束时，开启可控稳压源实现对点火线圈的次级线圈续能，这样就大大提高了放电电流，从而增加了点火能量。经过t1时间关闭可控稳压源结束续能，点火线圈放电电流继而衰减为0A。至此，则完成了发动机中当前缸的点火过程，当点火线圈数量为N个时，其点火过程依次类推，此处不再赘述。其中，在一个点火周期内，所述MCU会实时监测ECU的每一路控制点火开关启闭的控制信号，所述MCU在所述控制信号出现下降沿时控制所述可控稳压源开启，利用可控稳压源在次级线圈放电过程中提供额外的能量。

本实施例中的点火系统中，可控稳压源主要负责提供点火能量，点火线圈只需提供击穿电压以击穿混合气，而不需要提供太多能量，意味着不需要太大的磁路，点火线圈的尺寸可以相应的减小。因此，在点火线圈设计时可以忽略能量要求，点火电压就有了更大的提升空间，更高的点火电压就保证了可靠击穿混合气。

进一步地，所述预设的充电时间由所述ECU控制设定；所述预设的放电时间由所述MCU控制设定。由于次级线圈的放电时间可根据所述MCU控制调节，从而确保发动机中混合气有更长的加热时间，保证可靠点火。

在点火线圈的次级线圈续能过程中，通过获知预定时间内当前发动机的转速和缸压，基于转速和缸压可以获知当前发动机的点火能量需求，MCU进一步根据当前发动机的点火能量的需求调节可控稳压源的输出电压及开启时间，可以得到可控稳压源不同的输出功率，从而得到不同的点火能量，即实现了点火能量可调。由此可见，所述MCU可以控制所述可控稳压源的续能开始时刻、续能时间及输出功率，从而实现了点火能量的智能可调，保护点火线圈和控制电路，以免发热过大。

本发明的点火线圈基于低压续能理念，相比背景技术中高压续能高能点火理念，本发明可以将不高于900V的续能电压直接同时接在所有点火线圈上，而不存在误击穿风险，这就极大降低了成本，减小了电路板尺寸。

综上，本发明的点火系统与现有点火系统相比所具有的有益效果如下：

1)解决了目前高增压、直喷、均质燃烧、稀薄燃烧和高EGR率的发动机的点火能量不足问题，降低失火概率，提高燃烧效率，降低排放；

2)点火能量输出提高到100mJ～250mJ，使混合气与火弧有更大的接触面积，保证可靠点火；

3)点火电压可达40kV以上，使混合气击穿更加可靠；

4)按照发动机工况智能调节点火能量，使发动机匹配更加智能；

5)延长放电时间，使混合气有更长的加热时长，保证可靠点火；

6)减小线圈尺寸，对发动机安装尺寸要求低。

7)消除点火线圈平台概念，该系统能根据客户要求调节点火线圈输出能量和输出电压，点火线圈开发更简单；免去了针对不同点火线圈平台的生产线的开发。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种点火系统，包括：ECU、点火开关及点火线圈，其中，所述点火线圈包括：初级线圈和次级线圈，所述点火开关分别与所述点火线圈的初级线圈和所述ECU电性连接，其特征在于，所述点火系统还包括：MCU和可控稳压源，所述MCU分别与所述ECU和所述可控稳压源电性连接，所述可控稳压源分别与所述MCU和所述点火线圈的次级线圈电性连接，并且，所述可控稳压源在所述MCU控制下开启或关闭，并按照当前发动机对于点火能量的需求为所述点火线圈的次级线圈提供能量；在一个点火周期内，ECU控制点火开关打开为点火线圈的初级线圈充电，当初级线圈充电达到预设的充电时间后，ECU控制点火开关关闭的同时所述可控稳压源在所述MCU控制下开启，所述可控稳压源向点火线圈的次级线圈放电，当次级线圈放电达到预设的放电时间后，所述MCU控制所述可控稳压源关闭直至该点火周期结束。

2.如权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述预设的充电时间由所述ECU控制设定。

3.如权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述预设的放电时间由所述MCU控制设定。

4.如权利要求1所述的点火系统，其特征在于，在一个点火周期内，所述MCU实时监测ECU控制点火开关启闭的控制信号，所述MCU在所述控制信号出现下降沿时控制所述可控稳压源开启。

5.如权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述MCU控制所述可控稳压源的参数包括：续能开始时刻、续能时间及输出功率。

6.如权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述可控稳压源输出的电压根据当前发动机所需的点火能量进行设置。

7.如权利要求6所述的点火系统，其特征在于，当前发动机所需的点火能量通过当前发动机的转速和缸压获知。

8.如权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述点火开关的数量与所述点火线圈的数量一致，所述可控稳压源和所述MCU的数量均为一个；每个点火线圈对应一个点火开关，所有点火线圈共用一个所述可控稳压源和所述MCU。

9.如权利要求1～8中任一项所述的点火系统，其特征在于，所述可控稳压源为DC-DC转换器。

10.如权利要求1～8中任一项所述的点火系统，其特征在于，所述点火开关为IGBT。

11.一种如权利要求1～10中任一项所述的点火系统的应用方法。