CN112128036A - 一种储磁电流软开启的电子点火控制方法、电路和系统 - Google Patents

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Abstract

一种储磁电流软开启的电子点火控制方法、电路和系统，应用于汽车发动机电子控制系统中，方法包括：①电控单元ECU根据CKP和CMP计算发动机点火脉冲IGT的前沿时刻与后延时刻；②ECU从点火脉冲IGT的前沿时刻开始输出一递增电压信号给点火模块，使点火模块功率晶体管由截止逐渐导通，使点火线圈初级电流逐渐增加，且初级电流最大值的出现时刻早于IGT后延时刻；或点火模块内部的前级电路输出一递增电压信号给点火模块的功率晶体管，功率晶体管由截止逐渐导通使点火线圈的初级电流逐渐增加，且初级电流最大值的出现时刻早于IGT的后延时刻；③当点火脉冲IGT的后延到来时，点火模块内部的功率晶体管截止；还可附加有恒流控制。

Description

一种储磁电流软开启的电子点火控制方法、电路和系统
技术领域
本发明属于汽车电子电器先进制造技术领域，尤其涉及一种储磁电流软开启的电子点火控制方法、电路和系统。
背景技术
汽车作为现代化社会最主要的交通工具，已经全面深入到社会生产和人民生活，为人们的出行带来便捷与舒适。
作为燃油车的主流驱动形式--电喷汽油发动机，其电子化程度越来越高、燃油经济性和发动机能量转化效率更加优化，电子点火系统在现代电喷汽油机上起着举足轻重的作用，其影响到车辆的动力性、燃料经济性、尾气排放等多方面的综合性能。
现有的汽车电子点火系统按照点火高压配置方式可以分为：双缸同时点火系统和单缸独立点火系统，两种点火系统都是由发电机控制电脑ECU提供适时适宽的点火脉冲IGT给点火控制功率晶体管IGTR，由功率晶体管接通点火线圈初级绕组的励磁储能电流(简称为储磁电流)为点火变压器(俗称点火线圈)磁芯励磁储能，再由功率晶体管(可以位于点火模块中，有些位于ECU内，有些位于点火线圈总成内)根据ECU输出的点火脉冲IGT后边沿时刻适时切断励磁电流以使磁芯所储磁能释放经过点火线圈磁极感应出高压(15000～30000V)，磁高压进火花塞发电间隙放电点燃缸内可燃混合气。然而，现有技术的点火脉冲IGT为矩形脉冲，其脉冲前沿使功率管极速导通开启储能电流，此时初级供电电压在14.5V(以12V系统车辆为例)、次级感生高压达1000V左右，根据气体放电规律，大约每个0.1Mpa(约1大气压)压力需要1000V击穿电压，压缩冲程末期缸压可达0.8～1.2Mpa(约1大气压)，压缩点火高压需要8000V～12000V，这是最低放电电压值，当然为了可靠点火，点火电压都需要超出最低值一倍左右。但是，点火脉冲IGT前沿引发的次级1000V电压有可能使处于进气冲程范围或排气冲程范围的缸内产生击穿放电火花，如果是处于进气冲程范围那就会引发误跳火，导致发动机回火故障。所以为了避免这种问题发生，在多数点火线圈次级上增设了“防误跳火高压二极管”，如图1和图2所示，图1是现有技术的初级电流接通时二极管截止误跳火电流路径电路原理示意图，图中发动机电子控制单元ECU根据曲轴转速传感器CKP和气缸位置传感器CMP信号计算出点火控制脉冲IGT(Ignition timing pulse)，将IGT传输给点火模块ICM(Ignition control module)103，当功率晶体管在前级电路104控制下使Q1导通，接通点火线圈初级L1电流时，高压二极管D1截止，阻止了误跳火电流路径。图2是现有技术的初级电流切断时二极管允许次级感应高压为气缸点火电流路径电路原理示意图，当初级电流切断时，该二极管导通，次级感应高压为发动机气缸点火。显然，该高压二极管增加了材料成本和工艺成本。当该二极管漏电或击穿时，仍旧会发生进气误点火问题。
整个点火系统的基本电路图参阅图3和图4，图3是现有技术的由点火模块113控制双缸同时点火系统电路原理示意图，图4是现有技术的由点火模块123控制单缸独立点火系统电路和点火脉冲IGT及点火线圈冷端IGC波形示意图。
因此，需要创新设计出能够更加优秀的的先进汽车电子点火控制方法和系统，以克服上述部分技术缺陷并实现较好的电子点火性能。
发明内容
为了满足先进汽车制造业的技术需要，进一步优化汽车电子点火系统性能、实现发动机高精度电子控制、优化车辆动力性、燃油经济性和尾气排放指标，本发明提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制方法、电路和系统。
依据本发明的第一方面，提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制方法，应用于汽车发动机电子控制系统，所述发动机电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火模块、点火线圈及火花塞，所述点火模块位于所述点火线圈总成内部或所述点火模块位于所述电控单元ECU内部或所述点火模块被独立设置，其特殊之处在于所述电子点火控制方法包括：
①电控单元ECU根据但不限于所述发动机曲轴转速传感器的信号CKP、所述发动机活塞上止点传感器的信号CMP计算出发动机点火脉冲IGT的前沿时刻与后延时刻；
②电控单元ECU还从所述点火脉冲IGT的前沿时刻开始输出一递增电压信号，所述递增电压信号传输给所述点火模块的输入端，所述点火模块在所述递增电压信号控制下使位于所述点火模块内部的功率晶体管由截止逐渐导通，所述点火线圈的初级电流由0逐渐增加至最大值，且所述最大值的出现时刻早于所述点火脉冲IGT的后延时刻；或从电控单元ECU接收到所述点火脉冲IGT的前沿时刻开始，所述点火模块内部的前级电路输出一递增电压信号给所述点火模块内部的功率晶体管，所述功率晶体管由截止逐渐导通使所述点火线圈的初级电流由0逐渐增加至最大值，且所述最大值的出现时刻早于所述点火脉冲IGT的后延时刻；
③当所述点火脉冲IGT的后延到来时，所述点火模块内部的功率晶体管截止。
进一步的，本发明还提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制方法，其特殊之处在于，所述最大值为点火线圈初级电流恒流控制的最大值。
依据本发明的第二方面，提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制电路，应用于汽车发动机电子控制系统，所述发动机电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火模块、点火线圈及火花塞，所述点火模块位于所述点火线圈总成内部或所述点火模块位于所述电控单元ECU内部或所述点火模块被独立设置，其特殊之处在于，所述储磁电流软开启的电子点火控制电路位于所述点火模块中，所述储磁电流软开启的电子点火控制电路包括：点火脉冲前沿延时单元、点火脉冲后沿处理单元、点火初级电流恒流控制单元和功率晶体管，所述点火脉冲前沿延时单元和所述点火脉冲后沿处理单元共同接收来自发动机电控单元ECU的点火脉冲IGT信号，且所述点火脉冲前沿延时单元和所述点火脉冲后沿处理单元的输出端连接所述功率晶体管的输入端，功率晶体管的输出端用于控制点火线圈初级电流，所述点火初级电流恒流控制单元连接所述功率晶体管输出端和输入端，所述点火初级电流恒流控制单元通过直接电流检测方式或间接压降检测方式检测所述功率晶体管输出端电流Ic反馈控制所述功率晶体管的输入端的电压信号，用于点火线圈初级电流的恒流控制；所述电子点火控制电路还采用第一方面所述的储磁电流软开启的电子点火控制方法控制所述点火线圈的初级电流。
依据本发明的第三方面，提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制系统，包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火线圈及火花塞，其特殊之处在于还包括权利要求3所述的储磁电流软开启的电子点火控制电路，所述点火线圈包括两个点火变压器、两个点火模块，所述两个点火变压器中的每一个点火变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，每一个次级绕组具有两个高压输出端，所述点火线圈适配4缸发动机。
依据本发明的第四方面，提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制系统，包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火线圈及火花塞，其特殊之处在于还包括第二方面所述的储磁电流软开启的电子点火控制电路，所述点火线圈包括3个点火变压器、3个点火模块，所述3个点火变压器中的每一个点火变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，每一个次级绕组具有两个高压输出端，所述点火线圈适配6缸发动机。
本发明的有益效果是：
①省略高压二极管，降低点火线圈总成材料成本和封装工艺成本。
②没有进气冲程误跳火风险。
③本技术方案应用广泛，可以应用于双缸同时点火、单缸独立点火系统，也可以应用于更加原始的分电器式点火系统。
④点火系统可靠性提高、改善点火性能、使发动机电控系统进一步优化。
附图说明
图1是现有技术的初级电流接通时二极管截止误跳火电流路径电路原理示意图，
图2是现有技术的初级电流切断时二极管允许次级感应高压为气缸点火电流路径电路原理示意图，
图3是现有技术的双缸同时点火系统电路原理示意图，
图4是现有技术的单缸独立点火系统电路和点火脉冲IGT及点火线圈冷端IGC波形示意图，
图5是本发明实施方式提供的一种储磁电流软开启的电子点火控制系统基本电路软开启原理示意图，
图6是本发明实施方式提供的一种储磁电流软开启的电子点火控制系统初级电流关断跳火基本电路原理示意图，
图7是本发明实施方式提供的另一种储磁电流软开启的电子点火控制系统基本电路软开启原理示意图，
图8是本发明实施方式提供的一种位于点火模块(203)中的电子点火控制电路结构(204、205和206)示意图，
图9是本发明实施方式提供的一种储磁电流软开启的电子点火控制系统中双缸同时点火系统电路原理示意图，
图10是本发明实施方式提供的一种储磁电流软开启的电子点火控制系统中单缸独立点火系统电路原理示意图。
具体实施方式
为了满足先进汽车制造业的技术需要，进一步优化汽车电子点火系统性能、实现发动机高精度电子控制、优化车辆动力性、燃油经济性和尾气排放指标，本发明提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制方法、电路和系统。
第一方面，本发明实施方式提供了两种储磁电流软开启的电子点火控制方法。
实施例1
本实施例所提供的是第一种控制方法，其应用于汽车发动机电子控制系统，
参阅图5和图6，发动机电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器CKP、发动机活塞上止点传感器CMP、电控单元ECU、点火模块(203)、点火线圈(100)及火花塞(102)，点火模块可以置于点火线圈总成内部，点火模块也可以置于电控单元ECU内部，点火模块还可以独立出来作为一个部件。
图5是本发明实施方式提供的一种储磁电流软开启的电子点火控制系统基本电路软开启原理示意图，图6是本发明实施方式提供的一种储磁电流软开启的电子点火控制系统初级电流关断跳火基本电路原理示意图，本实施例的技术特点在于电子点火控制方法包括：
①电控单元ECU根据但不限于发动机曲轴转速传感器的信号CKP、发动机活塞上止点传感器的信号CMP计算出发动机点火脉冲IGT的前沿时刻与后延时刻，在图5中矩形波(290)的点火脉冲IGT是由ECU计算后输出的前沿和后沿均为陡峭的电压波形，在现有技术的点火控制系统中，该IGT(如波形190所示点火脉冲)直接通过点火模块内部的前级电路(如图4中180)的脉冲放大驱动功率管各个功率管(Q1～Q4)导通与截止，又如Q3导通开启时间(图4中IGC2波形虚线所示)范围为Ticr(Time of Ignition coil current rising)，可见其时间很短，电流上升率较高，该上升率引发的初级自感阻碍了初级电流的升高过程，但时间极端，同时通过磁芯耦合诱发了次级感生出大约1000V的高压值。
②点火模块包括前级电路(204及205)和功率晶体管，前级电路从电控单元ECU接收到点火脉冲IGT的前沿时刻开始，前级电路输出一递增电压信号给点火模块内部的功率晶体管，功率晶体管由截止逐渐导通使点火线圈的初级电流由0逐渐增加至最大值，且最大值的出现时刻早于点火脉冲IGT的后延时刻；
③当点火脉冲IGT的后延到来时，点火模块内部的功率晶体管截止。
在采用本发明实施方式第一方面的控制方法基础上，本领域技术人员易于理解的是，根据点火系统恒流控制机理，在功率晶体管导通期间，仍可以对点火线圈最大电流(及功率晶体管的实际导通最大电流)通过恒流控制电路(206)进行电流限幅控制，因此，在结合本发明创造性技术特征的基础上，将恒流控制纳入这种储磁电流软开启的电子点火控制方法中，能够实现对点火线圈导通初期感生电动势和初级电流恒流控制的兼顾优化控制。
实施例2
本实施例所提供的是第二种控制方法，其应用于汽车发动机电子控制系统，
发动机电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火模块、点火线圈及火花塞，点火模块位于点火线圈总成内部或点火模块位于电控单元ECU内部或点火模块被独立设置，参阅图7，图7是本发明实施方式提供的另一种储磁电流软开启的电子点火控制系统基本电路软开启原理示意图，本实施例的技术特点在于电子点火控制方法包括：
①电控单元ECU输入接口电路(271)接收但不限于发动机曲轴转速传感器的信号CKP、发动机活塞上止点传感器的信号CMP，再由中央处理器(272)计算出发动机点火脉冲IGT的前沿时刻与后延时刻，该IGT传输给ECU内的后级处理电路；
②电控单元ECU内的后级处理电路之一的“点火开启电流渐增处理单元(204)”从点火脉冲IGT的前沿时刻开始输出一个递增电压信号，递增电压信号传输给点火模块(403)的输入端，点火模块在递增电压信号控制下使位于点火模块内部的功率晶体管Q1由截止逐渐导通，点火线圈的初级电流由0逐渐增加至最大值，且最大值的出现时刻早于点火脉冲IGT的后延时刻；
③当点火脉冲IGT的后延到来时，电控单元ECU内的后级处理电路之二的“点火切断信号处理电路(205)”与点火脉冲IGT的后沿时刻同步输出低电平信号截止功率管Q1，点火点火线圈初级电流立即切断，次级感生高压用于气缸点火。
第二方面，本发明实施方式提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制电路。
实施例3
本实施例应用于汽车发动机电子控制系统，发动机电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火模块、点火线圈及火花塞，点火模块位于点火线圈总成内部或点火模块位于电控单元ECU内部或点火模块被独立设置，如图8所示，储磁电流软开启的电子点火控制电路位于点火模块(203)中，储磁电流软开启的电子点火控制电路包括：点火脉冲前沿延时单元(204)、点火脉冲后沿处理单元(205)、点火初级电流恒流控制单元(206)和功率晶体管(Q1)，点火脉冲前沿延时单元和点火脉冲后沿处理单元共同接收来自发动机电控单元ECU的点火脉冲IGT信号。
点火脉冲前沿延时单元和点火脉冲后沿处理单元的输出端连接功率晶体管的输入端，功率晶体管的输出端用于控制点火线圈初级电流，点火初级电流恒流控制单元连接功率晶体管输出端和输入端，点火初级电流恒流控制单元通过直接电流检测方式或间接压降检测方式检测功率晶体管输出端电流Ic反馈控制功率晶体管的输入端的电压信号，用于点火线圈初级电流的恒流控制；电子点火控制电路还采用第一方面阐述的的储磁电流软开启的电子点火控制方法控制点火线圈的初级电流。
具体的，点火脉冲前沿延时单元(204)含有由比较器A1组成的积分电路，当点火脉冲前沿到来时，比较器A1输出电压从0逐渐升高，使功率管Q1基极电压逐渐升高，Q1集电极电流逐渐增大，点火线圈初级电流上升率降低，磁极感生电压降低，即使在次级不装高压二极管，感生电压也不会使发动机误跳火。参阅图5中的虚线所示时间段Ticr2，可见经过本发明技术方案调控的初级电流上升时间远大于现有技术的初级电流上升时间，即：Ticr2＞Ticr1。
点火脉冲前沿延时单元和点火脉冲后沿处理单元共同接收来自发动机电控单元ECU的点火脉冲IGT信号。而后，在与IGT后沿同步，点火脉冲后沿处理单元(205)输出低电平控制功率晶体管(Q1)截止使发动机点火。此外，还结合了点火初级电流恒流控制单元(206)进行恒流限制。
第三方面，本发明实施方式提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制系统。
实施例4
如图9和图10所示，图9是本发明实施方式提供的一种储磁电流软开启的电子点火控制系统中双缸同时点火系统电路原理示意图，图10是本发明实施方式提供的一种储磁电流软开启的电子点火控制系统中单缸独立点火系统电路原理示意图。本实施例技术方案包括发动机曲轴转速传感器CKP、发动机活塞上止点传感器CMP、电控单元ECU、点火线圈(130)及火花塞(#1、#2、#3、#4缸火花塞)。
如图9所示，点火线圈包括两个点火变压器、两个点火模块，两个点火变压器中的每一个点火变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，每一个次级绕组具有两个高压输出端，点火线圈适配4缸发动机。点火线圈(130)包括两个点火变压器(L14与L142、L23与L232)、点火模块(213)内部含有对称两部分，也可以称之为两个点火模块：一个由前沿延时处理电路(2041)与后延切断处理电路(2051)及恒流控制电路(2061)和功率管Q14构成，另一个点火模块由前沿延时处理电路(2141)与后延切断处理电路(2151)及恒流控制电路(2161)和功率管Q23构成，两个点火变压器中的每一个点火变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，每一个次级绕组具有两个高压输出端，点火线圈适配4缸发动机。
如图10所示，点火线圈包括4个点火变压器、4个点火模块(也可以称为一个点火模块内部分为4个相同的部分)，两个点火变压器中的每一个点火变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，每一个次级绕组具有1个高压输出端，次级另一端可以接到点火线圈初级的一端，也可以接地。次级高压二极管可以省略以降低成本，当然装上也无妨。点火线圈适配4缸发动机。点火线圈(130)包括两个点火变压器(L1与L12、L3与L32、L4与L42、L2与L22)、点火模块(313)内部含有对称的4部分，也可以称之为4个点火模块：分别由前沿延时处理电路(3041、3141、3241、3341)与后延切断处理电路(3051、3151、3251、3351)及恒流控制电路(3061、3161、3261、3361)和功率管(Q1、Q4、Q2、Q3)构成。
第四方面，本发明实施方式提供了一种储磁电流软开启的电子点火控制系统。包括发动机曲轴转速传感器CKP、发动机活塞上止点传感器CMP、电控单元ECU、点火线圈(100)及火花塞，还包括本发明实施方式第二方面的储磁电流软开启的电子点火控制电路，点火线圈包括3个点火变压器、3个点火模块，3个点火变压器中的每一个点火变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，每一个次级绕组具有两个高压输出端，点火线圈适配6缸发动机。易于理解的是，前述实施例已经阐述了4缸发动机点火系统软开启储磁原理和应用电路，对于6缸或以上缸数的发动机同样适用本控制方法。因此为简便起见，6缸及以上缸数的电路附图从略。
通过上述较为详细的阐述，可以理解本发明的技术思想，本发明的上述实施例仅用于说明本发明的技术方案，不是对本发明的限制，通过等同代换及非创造性劳动所得到的其他实施例或其他组合所得到的实施例均落入本发明保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种储磁电流软开启的电子点火控制方法，应用于汽车发动机电子控制系统，所述发动机电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火模块、点火线圈及火花塞，所述点火模块位于所述点火线圈总成内部或所述点火模块位于所述电控单元ECU内部或所述点火模块被独立设置，其特征在于所述电子点火控制方法包括：
①电控单元ECU根据但不限于所述发动机曲轴转速传感器的信号CKP、所述发动机活塞上止点传感器的信号CMP计算出发动机点火脉冲IGT的前沿时刻与后延时刻；
②电控单元ECU还从所述点火脉冲IGT的前沿时刻开始输出一递增电压信号，所述递增电压信号传输给所述点火模块的输入端，所述点火模块在所述递增电压信号控制下使位于所述点火模块内部的功率晶体管由截止逐渐导通，所述点火线圈的初级电流由0逐渐增加至最大值，且所述最大值的出现时刻早于所述点火脉冲IGT的后延时刻；或从电控单元ECU接收到所述点火脉冲IGT的前沿时刻开始，所述点火模块内部的前级电路输出一递增电压信号给所述点火模块内部的功率晶体管，所述功率晶体管由截止逐渐导通使所述点火线圈的初级电流由0逐渐增加至最大值，且所述最大值的出现时刻早于所述点火脉冲IGT的后延时刻；
③当所述点火脉冲IGT的后延到来时，所述点火模块内部的功率晶体管截止。
2.根据权利要求1所述的储磁电流软开启的电子点火控制方法，其特征在于，所述最大值为点火线圈初级电流恒流控制的最大值。
3.一种储磁电流软开启的电子点火控制电路，应用于汽车发动机电子控制系统，所述发动机电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火模块、点火线圈及火花塞，所述点火模块位于所述点火线圈总成内部或所述点火模块位于所述电控单元ECU内部或所述点火模块被独立设置，其特征在于，所述储磁电流软开启的电子点火控制电路位于所述点火模块中，所述储磁电流软开启的电子点火控制电路包括：点火脉冲前沿延时单元、点火脉冲后沿处理单元、点火初级电流恒流控制单元和功率晶体管，所述点火脉冲前沿延时单元和所述点火脉冲后沿处理单元共同接收来自发动机电控单元ECU的点火脉冲IGT信号，且所述点火脉冲前沿延时单元和所述点火脉冲后沿处理单元的输出端连接所述功率晶体管的输入端，功率晶体管的输出端用于控制点火线圈初级电流，所述点火初级电流恒流控制单元连接所述功率晶体管输出端和输入端，所述点火初级电流恒流控制单元通过直接电流检测方式或间接压降检测方式检测所述功率晶体管输出端电流Ic反馈控制所述功率晶体管的输入端的电压信号，用于点火线圈初级电流的恒流控制；所述电子点火控制电路还采用权利要求1所述的储磁电流软开启的电子点火控制方法控制所述点火线圈的初级电流。
4.一种储磁电流软开启的电子点火控制系统，包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火线圈及火花塞，其特征在于还包括权利要求3所述的储磁电流软开启的电子点火控制电路，所述点火线圈包括两个点火变压器、两个点火模块，所述两个点火变压器中的每一个点火变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，每一个次级绕组具有两个高压输出端，所述点火线圈适配4缸发动机。
5.一种储磁电流软开启的电子点火控制系统，包括发动机曲轴转速传感器、发动机活塞上止点传感器、电控单元ECU、点火线圈及火花塞，其特征在于还包括权利要求3所述的储磁电流软开启的电子点火控制电路，所述点火线圈包括3个点火变压器、3个点火模块，所述3个点火变压器中的每一个点火变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，每一个次级绕组具有两个高压输出端，所述点火线圈适配6缸发动机。
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