CN1896493A - 一种用于限压检测内燃机气缸点火阶段的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测可控点火式内燃机气缸的点火阶段的方法，点火由称为“双静态损耗火花”的系统来进行，该系统由至少一个线圈(3)组成，该线圈(3)包括缠绕在磁路(7)上的初级绕组(4)和次级绕组(6)，该方法包括以下步骤：将磁路(7)不直接连接在基准电压(14)上，以便使其电位(VN1)为次级绕组(6)的平均电压的镜像，将磁路(7)的电位(VN1)的变化范围限制在预定最小限值和最大限值之间，对应指定火花塞上出现的点火火花，检测磁路(7)的电位(VN1)的极性。

Description

一种用于限压检测内燃机气缸点火阶段的方法
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，更具体的涉及通过火花塞的方式控制点火的内燃机。
更准确地讲，本发明针对配备通常称为“双静态损耗火花”(static twinlost spark)点火系统的内燃机，或称此系统为静态分配，DLS(Distributor LessSystem，较少分配式系统)或DIS(Direct Ignition System，直接点火系统)。
背景技术
对于四缸的内燃机来说，点火系统包含两个线圈，每个线圈包括初级绕组和次级绕组，缠绕在一个磁路上。每个线圈次级绕组的两个端子分别连接一个火花塞。对于线圈的每个次级绕组，与其相连的火花塞配备气缸，并且与气缸的活塞处于同步位置。因此，当与一个火花塞连接的气缸处在点火阶段时，与另一个火花塞连接的气缸就处在排气阶段的末期。
此外，提供给次级绕组上每个端子的电压极性是相反的，即，供给一个火花塞正电压时，供给另一个火花塞的是负电压。因此，指定气缸点火火花的极性由线圈的结构和布线来决定。即，一方面，极性取决于点火线圈的结构，另一方面，极性取决于次级绕组端子和连接的气缸火花塞之间的布线情况。
在此点火系统中，有必要了解一个预定气缸进入点火阶段瞬间的状况，以便启动对气缸内喷油的程序。尤其是对多点喷油或者直接喷油系统来说，很有必要得到此信息。此外，了解预定气缸处于点火阶段瞬间的状况对其他内燃机控制需求也是很有意义的，比如，检测内燃机的震性(pinking)。
众所周知，为了满足这些需求，以前的技术是采用一个合适的传感器来检测内燃机凸轮轴上的一个轮齿的运动轨迹，同时提供一个逻辑信号，该信号对应于指定气缸的点火上死点的路径。尽管此技术能够满足上述需求，但是事实证明此解决方法需要使用一个与适当处理电路相连接的专用传感器。而且在某些情况下，还需要在凸轮轴上对上述轮齿做一个特殊标识。由于该轮齿的检测需要在内燃机转速慢的情况下进行，而该信息在起动时又很需要，则采用此解决方法的费用和困难就明显地增大了。
鉴于上述不足，法国专利FR 2 753 234为装配“双静态损耗火花”型可控点火式内燃机提供一种检测其气缸的点火阶段的方法，包括以下步骤：
将磁路不直接连接在基准电压上，使其电位为次级绕组平均电压的镜像；以及
对应指定火花塞上出现的点火火花，检测磁路上的电位极性，并发出表示对应的气缸处于点火阶段的信号。
虽然这种方法在实践中在可靠性和简便性方面能够满足需求，但是在某些情况下，磁路电位脉冲能够达到数百伏。应该指出，这个电位尤其取决于线圈的机械结构和绝缘材料的选择。
当操作人员在线圈工作时碰巧触动磁路时，如此高的电位会产生安全问题或者麻烦。此外，磁路会出现大幅度的电位变化，有可能对周围的电子装置产生电磁辐射干扰。
在目前的技术情况下，已有美国专利US 5 668 311，此为一种在可控点火式内燃机反相时检测气缸内的压力的检测装置。该装置有一个耦合于点火线圈次级绕组的电容式传感器，其与压力检测电路连接。该传感器输入端配备有检测电路元件的保护级。需要说明的是，此检测装置与磁路连接，而磁路的电位同样能产生安全问题或麻烦，产生电磁辐射的干扰。
发明内容
因此，本发明旨在克服上述列举的不足，通过提供一种完全安全，不产生电磁辐射干扰的检测方法，来检测配备称为“双静态损耗火花”系统的可控点火式内燃机气缸的点火阶段。
为了实现上述目的，本发明涉及一种检测可控点火式内燃机气缸的点火阶段的方法，点火由称为“双静态损耗火花”的系统来进行，该系统由至少一个线圈组成，该线圈包括缠绕在磁路上的初级绕组和次级绕组，次级绕组的端子连接到与同步活塞相连的第一火花塞和第二火花塞上，该方法包括以下步骤：
将磁路不直接连接在基准电压上，以便使其电位为次级绕组的平均电压的镜像；
将磁路的电位的变化范围限制在预定最小限值和最大限值之间；以及
对应指定火花塞上出现的点火火花，检测磁路的电位的极性，并发出表示对应的气缸处于点火阶段的信号。
根据本发明的一个特点，该方法通过消耗能量和限制磁路的电位的变化范围来限制磁路的电位的变化范围。
优选地，对应于指定火花塞上出现的点火火花的正、负极性，检测磁路的电压的正、负值。
本发明的另一个目的在于提供一种用于检测可控点火式内燃机气缸的点火阶段的装置，点火由称为“双静态损耗火花”的系统来进行，该系统由至少一个线圈组成，该线圈包括缠绕在磁路上的初级绕组和次级绕组，次级绕组的端子连接到与同步活塞相连的第一火花塞和第二火花塞上，该装置插在基准电压和电悬浮的磁路之间，使磁路的电位为次级绕组的平均电压的镜像，其中该装置包括检测器，所述检测器能够对应指定火花塞上出现的点火火花，检测磁路的电位的极性，并发出表示与该火花塞相连的气缸处于点火阶段的信号。
根据本发明，该装置包括限制器，该限制器用于将磁路的电位的变化范围限制在预定的最小限值和最大限值之间。
优选地，用于限制电位的变化范围的限制器包括电位的衰减支路，该衰减支路与限制支路并联安装，该限制支路用于将电位变化范围限制在预定的最小限值和最大限值之间。
例如，该电位的衰减支路包括衰减阻抗，该阻抗由电阻，或者电容，或者是并联安装的电阻和电容构成。
根据一个优选实施例，用于限制电位的变化范围的该限制支路包括与限幅齐纳二极管串联安装的电阻。
根据另一实施例，该限幅齐纳二极管的阴极连接正基准电压，以使最小限值在VB-Vzr附近，其中Vzr是齐纳二极管的反向击穿电压，而最大限值在VB+Vzd附近，其中Vzd是齐纳二极管的正向导通电压。
优选地，该基准电压为一个正向基准电压，如车辆蓄电池的正极端子基准电压。
根据再一实施例，该限幅齐纳二极管的阳极连接到零值的基准电压，以使最大限值在+Vzr附近，其中Vzr是该齐纳二极管的反向击穿电压，而最小限值在-Vzd附近，其中Vzd是齐纳二极管的正向导通电压。
优选地，该装置包括用于对应于指定火花塞上出现的负极性和正极性点火火花来检测磁路的负值电压和正值电压的装置。
优选地，该装置包括用于将信号整形的装置，该信号表示与所述火花塞相连的气缸处于点火阶段。
通过下面参照附图给出的用以实现本发明主题的说明，可以得知本发明的各种其他特点，其中附图以举例的方式来说明，但这些实例并非限制性的。
附图说明
图1是表示本发明的检测装置的第一实施例的图。
图2是表示本发明的装置的工作原理图表。
图3是表示按照本发明的检测装置的另一个实施例的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的装置1用于检测可控点火式内燃机指定气缸的点火阶段，其点火由称为“双静态损耗火花”的系统2控制。对于四缸内燃机来说，此“双静态损耗火花”点火系统2包括两个点火线圈3，其中只有一个标示在附图上。每个点火线圈3包括构成初级电路5一部分的初级绕组4，此初级电路在图中未标识，但为熟知的电路，每个点火线圈3还包括次级绕组6。初级绕组4和次级绕组6按照传统的方法缠绕在磁路7上。次级绕组6的端子之一连接到第一点火火花塞8上，而次级绕组6的另一个端子连接到第二点火火花塞9上。两个点火火花塞8，9按照传统的方法连接到基准电位10上，即电气上接地，每个火花塞还与指定内燃机气缸连接。对于称为“双静态损耗火花”的点火系统来说，第一和第二火花塞8和9对应于装配气缸的火花塞，而气缸的活塞处于同步位置，因此与一个火花塞连接的气缸处于点火阶段时，与另一火花塞连接的气缸就处于排气阶段的末期。如图中范例所示，比如，第一火花塞8与内燃机的1号气缸相连，同时第二火花塞9就和4号气缸相连。
应该指出，指定内燃机转动一个周期时，线圈3给火花塞之一提供强负电压，给另一个火花塞提供弱正电压，而内燃机转动下一周期时，火花塞上的电平发生转换。因此，如附图2更加清楚的表述，以内燃机周期数为偶数为例，如例所示火花塞8上的电压V1是高负值，如为-20kv数量级，而火花塞9的电压V4为弱正值，如为+2kv数量级。在内燃机的下一周期，即奇数周，火花塞8的电压V1是弱负值，比如为-2kv数量级，而火花塞9的电压较高，比如为+20kv数量级。因此，连接在指定线圈上的火花塞的电压极性相反并处于高低两种电平。与气缸相连的火花塞电压的高和低分别对应于所述气缸处于点火阶段和排气阶段的末期。
应该考虑的是点火线圈3由缠绕在磁路7上的初级绕组4和次级绕组6组成，在次级绕组6和磁路7之间有电容耦合。如果磁路7为电悬浮，或者并未直接连接于基准电压，则标为Vn的磁路7的电位是次级绕组6的平均电压的镜像。从电悬浮的磁路7上获得的电位值约为数百伏至数千伏的数量级。当线圈3给一个火花塞交替提供强正电压，而在内燃机下一周期，给另一个火花塞提供强负电压时，在电悬浮的磁路7上会交替的出现一个正负电位Vn。因此，如果内燃机在偶数转数时，火花塞8上的电压V1是负极性点火火花，比如达到-20kv，而火花塞9上的电压V4为弱正值，比如达到+2kv数量级。本例中，次级绕组6的平均电压UMOY等于-9kv。电悬浮磁路7上的电位Vn，即次级绕组6的平均电压UMOY的镜像，因此为负值，比如达到-3kv。同样，在下一周期时，火花塞8上的电压V1为弱负值(比如-2kv)，而火花塞9上的电压V4为正极性点火火花，可达+20kv。本例中，次级绕组6的平均电压UMOY等于+9kv。因此，磁路7上的电位Vn，即平均电压的镜像，为正值，比如达到+3kv。
有鉴于此，磁路7上的电位极性与点火火花的极性相符。如上所述，通过了解结构和布线，可由点火火花的极性确定连接气缸的状况。
按照本发明，装置1具有检测磁路7电位极性的检测器，并具有用于将磁路7的电位Vn变化范围限制在预定最小限值和最大限值之间的限制器。检测装置1插在电悬浮的磁路7和基准电压14之间。在图1所示的实例中，基准电压14和基准电位10均处于一个指定值，如接地电位。用于检测磁路7电位极性的检测器和限制磁路电位变化范围的限制器由如图1所示范例的VN1指定，包括旨在衰减电位VN1的支路11，用于消耗能量。这个衰减支路11包括阻抗ZA以衰减磁路7的电位VN1，例如，可由电阻或电容，或者并联在磁路7和基准电压14之间的电阻和电容来实现。
用于检测电位VN1极性的检测器和限制电位VN1变化范围的限制器还包括限制支路12，用于将电位VN1的变化范围限制在预定最小限值和最大限值之间。此限制支路12可以将电位VN1的变化极限值限制在期望值内，例如不会产生电磁辐射的干扰，或者人身危险。在图示实施例中，用于限制电位VN1变化范围的限制支路12具有与限幅齐纳二极管16串联安装的电阻15。齐纳二极管16的阳极与基准电压14连接，同时齐纳二极管16的连接于电阻15的阴极发出一个控制信号VS1，其用于图中未标出的处理装置或计算部件控制喷射燃油。
如图1所示本发明检测装置1的运行状况从上述说明中直接得到验证。当磁路7的电位VN1为负值(偶数周期)时，检测装置1发出弱负值信号VS1(齐纳二极管导通方向的电压)，其对应于火花塞8上出现的强负极性点火火花，表明连接的气缸处于点火阶段。当磁路7的电位VN1为正值(奇数周期)时，其与火花塞9上出现的正极性点火火花相符，检测装置发出与齐纳二极管16的限幅电压相等的正电压信号VS1，如+5V。此正电压信号VS1与火花塞9上出现强正极性点火火花对应，表示连接的气缸处于点火阶段。因此，信号VS1可用于计算部件或处理装置尤其是用来启动和控制喷油程序的正常运行。例如，在状态检测或预测时都可采用这个信号。
根据此实施例，应该指出磁路7的电位VN1在下列数值之间：
最小限值在-Vzd附近，其中Vzd是齐纳二极管的正向导通电压；
最大限值在+Vzr附近，其中Vzr是齐纳二极管的反向击穿电压。
本发明的装置1可用于确定哪一个气缸处于点火阶段。本发明的检测装置的优点在于其利用点火线圈工作的内在必然现象，即次级绕组和磁路之间的电容耦合。因此该装置不干扰线圈的工作，也不损害它的性能。由于磁路和次级绕组之间电绝缘，线圈的结构保证了工作的安全性。此外，本发明的该装置还有体积小、费用低的优点，并能够方便的与线圈的壳体结合，并在浸渍绕组时嵌入到树脂中。本发明的该装置同样能适用于包括线圈和高压导线束的点火装置，或者适用于包括直接安置在火花塞上的线圈块的点火装置。
在上述实例中，检测装置1发出信号VS1，其最显著的电平变化(0和+5V相对于0和-0.6V)表示出现正极性火花。图3描述了检测装置1的另一种优选实施例，其适合于针对负极性火花发出的电平变化最强的信号。如图3所示，检测装置1插在磁路7和正值VB的基准电压14之间，例如，该正值VB为车辆蓄电池的12V电压。检测装置1的结构如图1所示，包括一条衰减支路11和一条限制支路12，该衰减支路11包括阻抗ZA，图示中的限制支路12包括与限幅齐纳二极管16阳极串联的电流限制电阻15，该齐纳二极管的阴极与基准电压14相连接。
在此实施例中，其工作原理与图1所示的实施例完全一样。如图2更精确的显示，当在火花塞8上出现较强的负极性点火火花时，磁路7的电位VN2为负，使得信号VS2出现在齐纳二极管16阳极和接地的基准电位10之间，该信号VS2等于基准电压14减去齐纳二极管16的电压，如等于7V，该信号被一个处理部件接收，以启动喷油程序。当正极性点火火花出现时，检测装置1发出可利用的正电压信号VS2，该电压等于基准电压14加上齐纳二极管在导通方向时的电压。此正电压与火花塞9上出现较强的正极性点火火花相符，标志着相对应的气缸处于点火阶段。
应该指出的，在这个实施案例中，磁路7的电位VN2在以下范围内；
最小限值在VB-Vzr数量级附近，其中Vzr是齐纳二极管的反向击穿电压；
最大限值在VB+Vzd数量级附近，其中Vzd是齐纳二极管的正向导通电压。
如上例所述，检测装置1包括具有电阻和齐纳二极管的限制支路12。很明显，可以设计使用其他不同手段来检测磁路7的电位极性，并限制它的变化范围。例如，该检测装置可以使用电阻分压桥，电容分压桥，齐纳二极管，或任何其他适用的系统或组件作为检测器和限制器。此外，应该指出该检测装置1可具有将发出的信号VS1，VS2整形的装置。这些整形装置包括滤波器，负载电阻，输出级或任何其他信号整形系统，以便于计算部件利用。
此外，上述说明针对四缸的内燃机，显而易见，本发明可以适用任何由线圈供电的两缸内燃机，或者气缸数等于2×n，其中n≥1的任何内燃机。
本发明并非仅限于上述实施例，在不脱离本发明权利要求范围所做的变动与修改，均属本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种检测可控点火式内燃机气缸的点火阶段的方法，点火由称为“双静态损耗火花”的系统来进行，该系统由至少一个线圈(3)组成，该线圈(3)包括缠绕在磁路(7)上的初级绕组(4)和次级绕组(6)，次级绕组(6)的端子连接到与同步活塞相连的第一火花塞(8)和第二火花塞(9)上，该方法包括以下步骤：
将磁路(7)不直接连接在基准电压(14)上，以便使其电位(VN)为次级绕组(6)的平均电压(UMOY)的镜像，
将磁路(7)的电位(VN)的变化范围限制在预定最小限值和最大限值之间，
对应指定火花塞上出现的点火火花，检测磁路(7)的电位(VN)的极性，并发出表示对应的气缸处于点火阶段的信号(VS1，VS2)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过消耗能量和限制磁路(7)的电位(VN)的变化范围来限制磁路(7)的电位(VN)的变化范围。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对应于指定火花塞上出现的点火火花的正、负极性，检测磁路(7)的电压的正、负值。
4.一种用于检测可控点火式内燃机气缸的点火阶段的装置，点火由称为“双静态损耗火花”的系统来进行，该系统由至少一个线圈(3)组成，该线圈(3)包括缠绕在磁路(7)上的初级绕组(4)和次级绕组(6)，次级绕组(6)的端子连接到与同步活塞相连的第一火花塞(8)和第二火花塞(9)上，该装置插在基准电压(14)和电悬浮的磁路(7)之间，使磁路(7)的电位(VN1，VN2)为次级绕组(6)的平均电压(UMOY)的镜像，其中该装置(1)包括检测器，所述检测器能够对应指定火花塞上出现的点火火花，检测磁路(7)的电位(VN)的极性，并发出表示与该火花塞相连的气缸处于点火阶段的信号(VS1，VS2)，
其特征在于，该装置包括限制器，该限制器用于将磁路(7)的电位(VN1，VN2)的变化范围限制在预定的最小限值和最大限值之间。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，用于限制电位(VN1，VN2)的变化范围的限制器包括电位(VN1，VN2)的衰减支路(l1)，该衰减支路(l1)与限制支路(l2)并联安装，该限制支路(l2)用于将电位(VN1，VN2)的变化范围限制在预定的最小限值和最大限值之间。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该电位的衰减支路(l1)包括衰减阻抗(ZA)，该阻抗由电阻，或者电容，或者是并联安装的电阻和电容构成。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，用于限制电位(VN1，VN2)的变化范围的该限制支路(l2)包括与限幅齐纳二极管串联安装的电阻。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该限幅齐纳二极管的阴极连接正基准电压(VB)，以使最小限值在VB-Vzr附近，其中Vzr是齐纳二极管的反向击穿电压，而最大限值在VB+Vzd附近，其中Vzd是齐纳二极管的正向导通电压。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该基准电压为一个正向基准电压，如车辆蓄电池的正极端子基准电压。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该限幅齐纳二极管(16)的阳极连接到零值的基准电压，以使最大限值在+Vzr附近，其中Vzr是该齐纳二极管的反向击穿电压，而最小限值在-Vzd附近，其中Vzd是齐纳二极管的正向导通电压。
11.如权利要求4所述的装置，其特征在于，该装置包括用于对应于指定火花塞上出现的负极性和正极性点火火花来检测磁路(7)的负值电压和正值电压的装置。
12.如权利要求4所述的装置，其特征在于该装置包括用于将信号(VS1，VS2)整形的装置，该信号表示与所述火花塞相连的气缸处于点火阶段。
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