RU2095617C1 - Method of and device for revealing disturbances in combustion process in cylinder of internal combustion engine - Google Patents
Method of and device for revealing disturbances in combustion process in cylinder of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2095617C1 RU2095617C1 RU95100145/06A RU95100145A RU2095617C1 RU 2095617 C1 RU2095617 C1 RU 2095617C1 RU 95100145/06 A RU95100145/06 A RU 95100145/06A RU 95100145 A RU95100145 A RU 95100145A RU 2095617 C1 RU2095617 C1 RU 2095617C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ignition
- ignition coil
- internal combustion
- combustion engine
- ion current
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению и может использоваться в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВC), в частности автомобилей. The invention relates to engine building and can be used in ignition systems of internal combustion engines (ICE), in particular automobiles.
Известен способ определения детонационного сгорания,при котором регистрируется ток ионизации между электродами свечи зажигания. Свеча при измерении запитывается постоянным напряжением 100 300 В [1]
Недостатком такого способа является необходимость использования сложных электронных устройств для развязки внешнего источника постоянного измерительного напряжения и цепи зажигания.A known method for determining detonation combustion, in which the ionization current is recorded between the electrodes of the spark plug. The measuring candle is powered by a constant voltage of 100 300 V [1]
The disadvantage of this method is the need to use complex electronic devices for decoupling an external source of constant measuring voltage and ignition circuit.
За прототип взят способ обнаружения ионного тока в системе зажигания двигателя внутреннего сгорания [3]
Постоянное измерительное напряжение подается на цепь зажигания в точке соединения одного из концов вторичной обмотки катушки зажигания с одним из выводов измерительного конденсатора, другой вывод которого заземлен. Второй конец вторичной обмотки соединен с центральным электродом свечи зажигания. Ионизационный ток в цепи зажигания цилиндра двигателя внутреннего сгорания выявляется заземленным детектором.The prototype is a method of detecting ion current in the ignition system of an internal combustion engine [3]
A constant measuring voltage is supplied to the ignition circuit at the point of connection of one of the ends of the secondary winding of the ignition coil with one of the terminals of the measuring capacitor, the other terminal of which is grounded. The second end of the secondary winding is connected to the central electrode of the spark plug. The ionization current in the ignition circuit of the cylinder of the internal combustion engine is detected by a grounded detector.
Способ позволяет определить пропуск зажигания или детонационный характер процесса сгорания топлива в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. The method allows to determine the misfire or detonation nature of the fuel combustion process in the cylinder of an internal combustion engine.
Недостатком способа является необходимость использования в устройстве, реализующем данный способ, высоковольтных компонентов, в частности измерительного конденсатора, что увеличивает габариты устройства и снижает его надежность в условиях повышенных вибраций, которые наблюдаются при работе ДВС. The disadvantage of this method is the need to use in a device that implements this method, high-voltage components, in particular a measuring capacitor, which increases the dimensions of the device and reduces its reliability in conditions of increased vibrations that are observed during operation of the internal combustion engine.
Известно устройство, содержащее свечу зажигания, источник постоянного напряжения для поляризации электродов свечи, катушку зажигания, контур определения тока ионизации, возникающего в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, и вентильный диод для защиты этого контура от высокого напряжения катушки зажигания [2]
Недостатком данного устройства является усложнение системы зажигания из-за оснащения ее источником постоянного напряжения 100 500 В и устройством для защиты этого источника от высокого напряжения, возникающего в цепи зажигания.A device containing a spark plug, a constant voltage source for polarizing the spark electrodes, an ignition coil, a circuit for determining the ionization current occurring in the cylinder of an internal combustion engine, and a valve diode for protecting this circuit from high voltage of the ignition coil are known [2]
The disadvantage of this device is the complexity of the ignition system due to equipping it with a constant voltage source of 100 to 500 V and a device for protecting this source from high voltage occurring in the ignition circuit.
За прототип взято устройство [3]
Постоянное измерительное напряжение подается на цепь зажигания в точке соединения одного из концов вторичной обмотки катушки зажигания с одним из выводов измерительного конденсатора, другой вывод которого заземлен. Второй конец вторичной обмотки соединен с центральным электродом свечи зажигания. Ионизационный ток в цепи зажигания цилиндра двигателя внутреннего сгорания выявляется заземленным детектором.The prototype is taken device [3]
A constant measuring voltage is supplied to the ignition circuit at the point of connection of one of the ends of the secondary winding of the ignition coil with one of the terminals of the measuring capacitor, the other terminal of which is grounded. The second end of the secondary winding is connected to the central electrode of the spark plug. The ionization current in the ignition circuit of the cylinder of the internal combustion engine is detected by a grounded detector.
Устройство содержит высоковольтные компоненты, в частности измерительный конденсатор. Их наличие определяет повышенные габариты устройства, исключает возможность интегрального исполнения и отрицательно сказывается на надежности. The device contains high voltage components, in particular a measuring capacitor. Their presence determines the increased dimensions of the device, eliminates the possibility of integral performance and adversely affects reliability.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, снабженной устройством определения нарушений процесса сгорания в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. The objective of the invention is to increase the reliability of the ignition system of an internal combustion engine, equipped with a device for determining violations of the combustion process in the cylinder of an internal combustion engine.
Указанная задача решается следующим образом. The specified problem is solved as follows.
Для определения нарушения процесса сгорания в цилиндре ДВС измеряют ионный ток, протекающий через электроды свечи зажигания, при этом в первичной обмотке катушки зажигания во время отсутствия управляющих импульсов зажигания генерируют переменное напряжение, а ионный ток во вторичной обмотке катушки зажигания детектируют. Детектирование может быть синхронным. To determine the violation of the combustion process in the internal combustion engine cylinder, the ion current flowing through the electrodes of the spark plug is measured, while an alternating voltage is generated in the primary winding of the ignition coil during the absence of ignition control pulses, and the ion current is detected in the secondary winding of the ignition coil. Detection can be synchronous.
Повышение надежности системы зажигания при таком способе определения нарушения процесса сгорания в цилиндре ДВС достигается тем, что устройство, реализующее данный способ, не имеет высоковольтных компонентов и допускает интегральное исполнение. Improving the reliability of the ignition system with this method of determining violations of the combustion process in the internal combustion engine cylinder is achieved by the fact that the device that implements this method does not have high-voltage components and allows for integral performance.
Устройство для определения нарушения процесса сгорания в цилиндре ДВС содержит электронный блок управления, снабженный электронным ключом, свечу зажигания, снабженную катушкой зажигания, источник измерительного напряжения и измерительное устройство, причем источник измерительного напряжения выполнен в виде генератора переменного напряжения, подключенного параллельно к первичной обмотке катушки зажигания, а измерительное устройство содержит детектор, в частности синхронный детектор. Последовательно со вторичной обмоткой катушки зажигания может быть включен диод. A device for determining a violation of the combustion process in the engine cylinder contains an electronic control unit equipped with an electronic key, a spark plug equipped with an ignition coil, a measuring voltage source and a measuring device, the measuring voltage source being made in the form of an alternating voltage generator connected in parallel to the primary winding of the ignition coil and the measuring device comprises a detector, in particular a synchronous detector. A diode can be connected in series with the secondary winding of the ignition coil.
Устройство не содержит высоковольтных компонентов и допускает интегральное исполнение. The device does not contain high-voltage components and allows for integral design.
На фиг. 1 представлена функциональная схема системы управления ДВС, осуществляющей предложенный способ определения нарушения процесса сгорания в цилиндре ДВС; на фиг. 2 6 импульсы, возникающие в различных частях системы, реализующей предложенный способ. In FIG. 1 is a functional diagram of an internal combustion engine control system implementing the proposed method for determining a violation of a combustion process in an internal combustion engine cylinder; in FIG. 2 6 pulses arising in various parts of the system that implements the proposed method.
Способ может быть реализован следующим образом. В первичной обмотке катушки зажигания генерируют переменное напряжение. Это может быть осуществлено, например, возбуждением резонансных колебаний в контуре, образованном первичной обмоткой катушки зажигания и параллельно подключенной к ней емкостью. Колебания могут возбуждаться путем кратковременного синхронного пропускания тока источника питания через первичную обмотку катушки зажигания при открывании электронного ключа. Производят синхронное детектирование ионного тока, вызванного трансформированным во вторичную обмотку резонансными колебаниями напряжения первичной обмотки, который протекает через искровой промежуток свечи зажигания, установленной в цилиндре ДВС. Это может быть осуществлено, например, при помощи электрической схемы, называемой синхронным детектором, подключенной к токоизмерительному резистору, подключенному к заземленному концу вторичной обмотки катушки зажигания. Производят измерение детектированного ионного тока и по его параметрам (амплитуде, частоте и др.) определяют нарушение процесса сгорания в цилиндре ДВС. Это может быть выполнено, например, при помощи последовательно включенных полосового фильтра, пикового детектора и компаратора. The method can be implemented as follows. An alternating voltage is generated in the primary winding of the ignition coil. This can be done, for example, by exciting resonant oscillations in a circuit formed by the primary winding of the ignition coil and connected in parallel to it by a capacitance. The oscillations can be excited by briefly synchronously passing the current of the power source through the primary winding of the ignition coil when opening the electronic key. Synchronous detection of ion current caused by transformed into the secondary winding by resonant voltage fluctuations of the primary winding, which flows through the spark gap of the spark plug installed in the engine cylinder, is performed. This can be done, for example, using an electrical circuit called a synchronous detector, connected to a current-measuring resistor connected to the grounded end of the secondary winding of the ignition coil. Measure the detected ion current and its parameters (amplitude, frequency, etc.) determine the violation of the combustion process in the engine cylinder. This can be done, for example, using a series-pass bandpass filter, a peak detector and a comparator.
Устройство включает в себя блок управления 1, катушку зажигания 2 с первичной обмоткой 2.1 и вторичной обмоткой 2.2, электронный ключ 3, емкость 4, узел 5 управления электронным ключом, свечу зажигания 6, установленную в цилиндре ДВС, условно показанном на фиг.1 штриховой линией, измерительное устройство 7, включающее в себя по меньшей мере токоизмерительный резистор 7.1 и синхронный детектор 7.2. Кроме того, измерительное устройство 7 может включать в себя полосовой фильтр 7.3, пиковый детектор 7.4 и компаратор 7.5. Блок управления 1 должен иметь по крайней мере один выход управления зажиганием и один вход обратной связи по сигналу ионного тока в цилиндре ДВС. Магнитопровод катушки зажигания 2 должен быть выполнен из материала, допускающего передачу высокой частоты, например, из магнитомягкого аморфного железа. Электронный ключ 3 должен быть выполнен на транзисторе, допускающем работу на высокой частоте, например на транзисторе КП 958 А. Измерительное устройство 7 может быть выполнено различным образом. Например, оно может содержать токоизмерительный резистор и синхронный детектор, а также полосовой фильтр, пиковый детектор и компаратор. Элементы 3,5,7.3,7.4, 7.5 могут быть конструктивно размещены в блоке управления 1. Выход управления зажиганием блока управления 1 соединяется со входом узла 5 управления электронным ключом. Выход узла 5 соединяется со входом управления электронного ключа 3. Электронный ключ 3 подключает первый конец первичной обмотки 2.1 катушки зажигания 2 к минусу источника питания бортовой сети. Второй конец первичной обмотки 2.1 катушки зажигания 2 соединяется с плюсом источника питания. Параллельно первичной обмотке 2.1 подключается емкость 4. Первый конец вторичной обмотки 2.2 катушки зажигания 2 соединяется с центральным электродом свечи зажигания 6, другой электрод которой соединен с массой ДВС. Второй конец вторичной обмотки 2.2 катушки зажигания 2 соединяется через токоизмерительный резистор 7.1 с массой ДВС. Параллельно токоизмерительному резистору 7.1 подключается синхронный детектор 7.2, выход которого в данном примере реализации соединяется со входом полосового фильтра 7.3. Выход полосового фильтра 7.3 соединяется со входом пикового детектора 7.4 и со входом компаратора 7.5. Выход компаратора 7.5 соединяется со входом обратной связи блока управления 1. The device includes a control unit 1, an ignition coil 2 with a primary winding 2.1 and a secondary winding 2.2, an electronic key 3, a capacitance 4, an electronic key control unit 5, a spark plug 6 mounted in the internal combustion engine cylinder, conventionally shown in FIG. 1 by a dashed line , a measuring device 7, including at least a current-measuring resistor 7.1 and a synchronous detector 7.2. In addition, the measuring device 7 may include a band-pass filter 7.3, a peak detector 7.4, and a comparator 7.5. The control unit 1 must have at least one ignition control output and one feedback input for the ion current signal in the internal combustion engine cylinder. The magnetic circuit of the ignition coil 2 must be made of a material capable of transmitting a high frequency, for example, soft magnetic amorphous iron. The electronic key 3 must be performed on a transistor that allows operation at a high frequency, for example, on a transistor KP 958 A. The measuring device 7 can be performed in various ways. For example, it may include a current-measuring resistor and a synchronous detector, as well as a band-pass filter, a peak detector, and a comparator. Elements 3,5,7.3,7.4, 7.5 can be structurally placed in the control unit 1. The ignition control output of the control unit 1 is connected to the input of the electronic key control unit 5. The output of the node 5 is connected to the control input of the electronic key 3. The electronic key 3 connects the first end of the primary winding 2.1 of the ignition coil 2 to the minus of the onboard power supply. The second end of the primary winding 2.1 of the ignition coil 2 is connected to the plus of the power source. Parallel to the primary winding 2.1, a capacitance 4 is connected. The first end of the secondary winding 2.2 of the ignition coil 2 is connected to the central electrode of the spark plug 6, the other electrode of which is connected to the mass of the internal combustion engine. The second end of the secondary winding 2.2 of the ignition coil 2 is connected through a current-measuring resistor 7.1 with the mass of the internal combustion engine. In parallel with the current-measuring resistor 7.1, a synchronous detector 7.2 is connected, the output of which in this example implementation is connected to the input of the band-pass filter 7.3. The output of the bandpass filter 7.3 is connected to the input of the peak detector 7.4 and to the input of the comparator 7.5. The output of the comparator 7.5 is connected to the feedback input of the control unit 1.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
При появлении импульса управления зажиганием (фиг. 2) узел 5 управления электронным ключом работает в стандартном режиме накопления энергии зажигания в индуктивности, то есть по фронту импульса управления зажиганием включает, а по спаду выключает электронный ключ 3. При этом при выключении электронного ключа 3 в первичной обмотке 2.1 формируется импульс напряжения (фиг. 3), который, трансформируясь во вторичную обмотку 2.2, вызывает пробой искрового промежутка свечи зажигания 6 (фиг. 4) и тем самым формирование искрового разряда в цилиндре ДВС. Кроме того, по спаду импульса управления зажиганием узел 5 производит выдержку времени tp, равную длительности искрового разряда на свече зажигания 6, и в течение этого времени блокирует генерирование резонансных колебаний в первичной обмотке 2.1. При отсутствии импульса управления зажиганием, а также спустя время tp после окончания импульса управления зажиганием узел 5 управления электронным ключом работает в режиме поддержания резонансных колебаний в первичной обмотке 2.1 катушки зажигания 2. При этом на выходе узла 5 управления электронным ключом вырабатывается последовательность коротких импульсов (фиг. 5) с длительностью tи не более четверти периода резонансных колебаний колебательного контура и периодом следования Tп. Электронный ключ 3 открывается на время tи и в колебательном контуре, образованном первичной обмоткой 2.1 и емкостью 4, поддерживаются свободные колебания заданной амплитуды с периодом следования Tп, причем амплитуда колебаний зависит от длительности tи. Амплитуда свободных колебаний должна быть достаточной для поддержания требуемой величины ионного тока, но в тоже время не вызывать пробоя искрового промежутка свечи зажигания. Переменное напряжение, генерируемое в первичной обмотке 2.1, трансформируется во вторичную обмотку 2.2. и вызывает протекание через искровой промежуток свечи зажигания 6 ионного тока (фиг. 4), который, протекая через токоизмерительный резистор 7.1, вызывает падение напряжения, пропорциональное ионному току (фиг. 4). Далее это напряжение для выпрямления и уменьшения шумовой составляющей детектируется синхронным детектором 7.2 (фиг. 6) и производится измерение его параметров либо в блоке управления 1, либо в измерительном устройстве 7 при помощи полосового фильтра 7.3, пикового детектора 7.4 и компаратора 7.5. Поскольку известно, что величина ионного тока при постоянной амплитуде напряжения, приложенного к искровому промежутку, зависит от температуры, давления, турбулентности и наличия детонации в цилиндре, то, измеряя параметры ионного тока, можно получить информацию о наличии нарушений в процессе сгорания топлива в цилиндре. Например, присутствие частоты детонации в спектре сигнала ионного тока указывает на детонацию (случай А на фиг. 6), а величина амплитуды ионного тока менее порогового уровня указывает на пропуск воспламенения (случай Б на фиг. 6).When the ignition control pulse appears (Fig. 2), the electronic key control unit 5 operates in the standard mode of accumulating ignition energy in the inductance, that is, it switches on and off the electronic key 3 along the edge of the ignition control pulse. In this case, when the electronic key 3 is turned off, 3 the primary winding 2.1 forms a voltage pulse (Fig. 3), which, transforming into the secondary winding 2.2, causes a breakdown of the spark gap of the spark plug 6 (Fig. 4) and thereby the formation of a spark discharge in the engine cylinder. In addition, according to the decay of the ignition control pulse, the unit 5 makes a time delay t p equal to the duration of the spark discharge on the spark plug 6, and during this time blocks the generation of resonant oscillations in the primary winding 2.1. In the absence of an ignition control pulse, and also after a time t p after the end of the ignition control pulse, the electronic key control unit 5 operates in the mode of maintaining resonant oscillations in the primary winding 2.1 of the ignition coil 2. In this case, a sequence of short pulses is generated at the output of the electronic key control unit 5 ( Fig. 5) with a duration of t and not more than a quarter of the period of resonant oscillations of the oscillatory circuit and the period of repetition of T p . The electronic key 3 is opened at time t and in the oscillating circuit formed by the primary winding 2.1 and capacity 4, free oscillations of a given amplitude with a repetition period T p are supported, and the amplitude of the oscillations depends on the duration t and . The amplitude of free vibrations should be sufficient to maintain the required ion current, but at the same time not cause breakdown of the spark gap of the spark plug. The alternating voltage generated in the primary winding 2.1 is transformed into the secondary winding 2.2. and causes leakage through the spark gap of the spark plug 6 of the ion current (FIG. 4), which, flowing through the current-measuring resistor 7.1, causes a voltage drop proportional to the ion current (FIG. 4). Further, this voltage to rectify and reduce the noise component is detected by the synchronous detector 7.2 (Fig. 6) and its parameters are measured either in the control unit 1 or in the measuring device 7 using a band-pass filter 7.3, peak detector 7.4 and comparator 7.5. Since it is known that the magnitude of the ion current at a constant amplitude of the voltage applied to the spark gap depends on temperature, pressure, turbulence and the presence of detonation in the cylinder, by measuring the parameters of the ion current, information on the presence of irregularities in the process of fuel combustion in the cylinder can be obtained. For example, the presence of a detonation frequency in the spectrum of the ion current signal indicates detonation (case A in Fig. 6), and the magnitude of the ion current amplitude below the threshold level indicates a misfire (case B in Fig. 6).
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95100145/06A RU2095617C1 (en) | 1995-01-05 | 1995-01-05 | Method of and device for revealing disturbances in combustion process in cylinder of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95100145/06A RU2095617C1 (en) | 1995-01-05 | 1995-01-05 | Method of and device for revealing disturbances in combustion process in cylinder of internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95100145A RU95100145A (en) | 1996-11-20 |
| RU2095617C1 true RU2095617C1 (en) | 1997-11-10 |
Family
ID=20163758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95100145/06A RU2095617C1 (en) | 1995-01-05 | 1995-01-05 | Method of and device for revealing disturbances in combustion process in cylinder of internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2095617C1 (en) |
-
1995
- 1995-01-05 RU RU95100145/06A patent/RU2095617C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями./Под ред. Д.Хилларда, Дж.Спринтера. - М.: Машиностроение, 1988, с. 280. 2. FR, заявка, 2603339, кл. F 02 B 77/08, 1988. 3. US, патент, 4648367, кл. F 02 P 17/00, 1987. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95100145A (en) | 1996-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6557537B2 (en) | Ion current detection system and method for internal combustion engine | |
| US5801534A (en) | Circuit for ion current measurement in combustion space of an internal combustion engine | |
| US4608855A (en) | Circuit for the recognition of knocking of an Otto engine | |
| US9181920B2 (en) | System and method for detecting arc formation in a corona discharge ignition system | |
| US5814994A (en) | Circuit layout for ion current measurement | |
| RU2478825C2 (en) | Measurement device in radio frequency ignition system | |
| RU2439363C2 (en) | Ion current measurement method for ignition plug with resonance structure and respective measurement device | |
| US6653840B2 (en) | Ion current detecting device for internal combustion engine | |
| US4341195A (en) | Ignition system for spark plugs capable of removing carbon deposits | |
| US6029640A (en) | Method of detecting an ionization current | |
| KR100424214B1 (en) | Ignition device of internal combustion engine | |
| JP2002364509A (en) | Knock detector for internal combustion engine | |
| RU2095617C1 (en) | Method of and device for revealing disturbances in combustion process in cylinder of internal combustion engine | |
| RU2109164C1 (en) | Method of measurement of ion current between spark plug electrodes in internal combustion engine | |
| JP4239532B2 (en) | Internal combustion engine knock detection device | |
| JP3831640B2 (en) | Internal combustion engine ignition device | |
| RU2105188C1 (en) | Method of check of working process of internal combustion engine | |
| RU2087741C1 (en) | Method of and system for igniting working mixture in cylinder of internal combustion engine and simultaneous registration of ignition misses | |
| RU2117819C1 (en) | Ignition system for internal-combustion engines | |
| RU2069791C1 (en) | Ignition system for internal combustion engine | |
| JPH1018953A (en) | Combustion condition detector for internal combustion engine | |
| JP3691575B2 (en) | Combustion state detection device for internal combustion engine | |
| RU2161265C2 (en) | Ignition coil | |
| RU2133373C1 (en) | Ignition system | |
| RU2242632C2 (en) | Ionic conduction checking method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060106 |