| 专利名称： | 点火线圈耦合感应探测系统 | ||
| 专利名称(英文)： | Ignition coil coupling induction detection system | ||
| 专利号： | CN201310577259.8 | 申请时间： | 20131115 |
| 公开号： | CN103573528A | 公开时间： | 20140212 |
| 申请人： | 昆山凯迪汽车电器有限公司 | ||
| 申请地址： | 215300 江苏省苏州市昆山市青阳支路100号 | ||
| 发明人： | 童彬 | ||
| 分类号： | F02P17/00 | 主分类号： | F02P17/00 |
| 代理机构： | 苏州广正知识产权代理有限公司 32234 | 代理人： | 何邈 |
| 摘要： | 本发明涉及一种点火线圈耦合感应探测系统，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电压；次级线圈，用于根据所述的初级线圈的初级电压产生给火花塞放电的次级电压；感应电容，位于所述的次级线圈的附近，用于根据所述的次级线圈的次级电压感应产生感应信号，并反馈至所述的中央控制模块，所述的中央控制模块根据接收到的感应信号判断发动机的缸体位置和汽缸内负载状况。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention relates to an ignition coil coupling induction detection system which comprises a central control module, an ignition module, a primary coil, a secondary coil and an induction capacitor, wherein the central control module is used for transmitting ignition instructions and receiving state feedback signals; the ignition module is used for controlling a charging circuit according to the ignition instructions transmitted by the central control module; the primary coil is arranged in the charging circuit and generates primary voltages; the secondary coil is used for generating secondary voltages used for discharging of an ignition plug according to the primary voltages of the primary coil; the induction capacitor is arranged near the secondary coil and is used for generating induction signals according to the secondary voltages of the secondary coil and feeding back the induction signals to the central control module. The central control module determines the cylinder position of an engine and load situation in a cylinder through the received induction signals. | ||
1.一种点火线圈耦合感应探测系统，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电压； 次级线圈，用于根据所述的初级线圈的初级电压产生给火花塞放电的次级电压； 感应电容，位于所述的次级线圈的附近，用于根据所述的次级线圈的次级电压感应产生感应信号，并反馈至所述的中央控制模块，所述的中央控制模块根据接收到的感应信号判断发动机的缸体位置和汽缸内负载状况。
2. 根据权利要求1所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：还包括电容耦合感应模块，用于将所述的感应电容的感应信号进行处理后输出至所述的中央控制模块。
3. 根据权利要求2所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的电容耦合感应模块包括电动势感应电路，用于将所述的感应电容的感应信号转换为感应电压信号。
4. 根据权利要求2或3所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的电容耦合感应模块包括信号处理电路，用于将所述的感应信号或感应电压信号整形后输出至所述的中央控制模块。
5. 根据权利要求1所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的中央控制模块包括比较判断器，用于测量输入感应信号并与预定值比较以判断发动机的缸体位置和汽缸内负载状况。
6. 根据权利要求1所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的感应电容包括一平面铜膜，所述的平面铜膜在所述的次级线圈的投影至少部分落在所述的次级线圈上，所述的次级线圈与所述的平面铜模形成一虚拟耦合电容。
7. 根据权利要求6所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的次级线圈同心设置于所述的初级线圈的外围，所述的感应电容置于次级线圈输出端的上端。
8. 根据权利要求1所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：连接到组合式火花塞，所述的组合式火花塞包括一排气端火花塞和一压缩端火花塞。
1.一种点火线圈耦合感应探测系统，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电压； 次级线圈，用于根据所述的初级线圈的初级电压产生给火花塞放电的次级电压； 感应电容，位于所述的次级线圈的附近，用于根据所述的次级线圈的次级电压感应产生感应信号，并反馈至所述的中央控制模块，所述的中央控制模块根据接收到的感应信号判断发动机的缸体位置和汽缸内负载状况。
2. 根据权利要求1所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：还包括电容耦合感应模块，用于将所述的感应电容的感应信号进行处理后输出至所述的中央控制模块。
3. 根据权利要求2所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的电容耦合感应模块包括电动势感应电路，用于将所述的感应电容的感应信号转换为感应电压信号。
4. 根据权利要求2或3所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的电容耦合感应模块包括信号处理电路，用于将所述的感应信号或感应电压信号整形后输出至所述的中央控制模块。
5. 根据权利要求1所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的中央控制模块包括比较判断器，用于测量输入感应信号并与预定值比较以判断发动机的缸体位置和汽缸内负载状况。
6. 根据权利要求1所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的感应电容包括一平面铜膜，所述的平面铜膜在所述的次级线圈的投影至少部分落在所述的次级线圈上，所述的次级线圈与所述的平面铜模形成一虚拟耦合电容。
7. 根据权利要求6所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：所述的次级线圈同心设置于所述的初级线圈的外围，所述的感应电容置于次级线圈输出端的上端。
8. 根据权利要求1所述的点火线圈耦合感应探测系统，其特征在于：连接到组合式火花塞，所述的组合式火花塞包括一排气端火花塞和一压缩端火花塞。
翻译：技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及点火线圈次级电容耦合感应技术。
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可以利用点火线圈采用电容耦合感应方法来探测发动机缸体位置的点火线圈感应系统。
为了达到以上目的，本发明提供了一种点火线圈耦合感应探测系统，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电压；次级线圈，用于根据所述的初级线圈的初级电压产生给火花塞放电的次级电压；感应电容，位于所述的次级线圈的附近，用于根据所述的次级线圈的次级电压感应产生感应信号，并反馈至所述的中央控制模块，所述的中央控制模块根据接收到的感应信号判断发动机的缸体位置和汽缸内负载状况。
作为本发明进一步的改进，还包括电容耦合感应模块，用于将所述的感应电容的感应信号进行处理后输出至所述的中央控制模块。
作为本发明进一步的改进，所述的电容耦合感应模块包括电动势感应电路，用于将所述的感应电容的感应信号转换为感应电压信号。
作为本发明进一步的改进，所述的电容耦合感应模块包括信号处理电路，用于将所述的感应信号或感应电压信号整形后输出至所述的中央控制模块。
作为本发明进一步的改进，所述的中央控制模块包括比较判断器，用于测量输入感应信号并与预定值比较以判断发动机的缸体位置和汽缸内负载状况。
作为本发明进一步的改进，所述的感应电容包括一平面铜膜，所述的平面铜膜在所述的次级线圈的投影至少部分落在所述的次级线圈上，所述的次级线圈与所述的平面铜模形成一虚拟耦合电容。
作为本发明进一步的改进，所述的次级线圈同心设置于所述的初级线圈的外围，所述的感应电容置于次级线圈输出端的上端。
作为本发明进一步的改进，本点火线圈耦合感应探测系统连接到组合式火花塞，所述的组合式火花塞包括一排气端火花塞和一压缩端火花塞。
本发明的点火线圈次级电容耦合感应是一种可以用来判断发动机相对应的气缸位置和汽缸内燃烧相对压力的技术，此技术可用来提高电喷系统点火子系统的控制精度，而且其信号可以用来取代相位传感器，根据判断耦合电容感应在工作过程中的输出信号波形可以判断发动机缸体的相对位置及负载工作状况。
附图说明
附图1为根据本发明的点火线圈耦合感应探测系统的系统构造图；
附图2描述了附图1中电路的时序图；
附图3为相位感应电压与配对火花塞击穿电压关系一；
附图4为相位感应电压与配对火花塞击穿电压关系二；
附图5与附图6为根据本发明的点火线圈耦合感应探测系统的结构示意图；
附图7描述了次级线圈周边电场电动势与感应电容位置原理图；
附图8至附图19描述了在不同击穿电压下输出的不同波形示意图；
附图20至附图24描述了在不同转速下输出的不同波形示意图。
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，为根据本发明的点火线圈耦合感应探测系统的系统构造图。本实施例的点火线圈耦合感应探测系统，包括中央控制模块（ECU），用于发出点火指令(点火正时信号)和接收状态反馈信号，中央控制模块包括比较判断器，用于测量接收的状态反馈信号并与预定值比较以判断发动机的缸体位置和汽缸内负载状况；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电压；次级线圈，用于根据初级线圈的初级电压产生给火花塞放电的次级电压；感应电容，位于次级线圈的附近，用于根据次级线圈的次级电压感应产生感应信号，并反馈至中央控制模块，中央控制模块根据接收到的感应信号判断发动机的缸体位置和汽缸内负载状况；容耦合感应模块，用于将感应电容的感应信号进行处理后输出至中央控制模块。电容耦合感应模块包括电动势感应电路，用于将感应电容的感应信号转换为感应电压信号；电容耦合感应模块还包括信号处理电路，用于将感应信号或感应电压信号整形后输出至中央控制模块。
参见附图5与附图6的点火线圈耦合感应探测系统的结构示意图，次级电容耦合感应线圈构造是一个模块式的设计。如图所示，次级线圈同心设置于初级线圈的外围，将一个模块化的电容（平面铜膜，图中阴影部分）置于线圈次级输出端的的附近，铜膜与次级线圈之间即可形成一个虚拟偶合电容。本实施例中的电容耦合感应模块的平面铜膜使贴覆于PCB之上，模块连接到组合式分组点火线圈插头给中央控制模块（ECU）提供感应信号，此感应信号可用来判断缸体位置和发动机汽缸内负载状况。附图7描述了次级线圈周边电场电动势与感应电容位置原理图，具有感应电容、电容耦合感应模块均位于次级线圈的感应电场中，由于感应电动势随着距离的增加而减小，因而理论上在电容耦合感应点火线圈设计中，次级内置电容值和感应模块置放在线圈高压输出端的位置非常关键，次级线圈设计和感应模块置放的位置需要优化，达到最佳感应效果同时也要保证产品的可靠性。若感应模块置放位置离次级高压端过近，则会给产品耐久带来负面影响，甚至可导致次级高压端与模块之间直接击穿。次级线圈内在电容大小取决于次级线圈骨架大小，槽数，总匝数，及各槽绕线匝数的分布。
本系统在使用时连接到组合式火花塞，通常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，其中1号与2号共用一个感应模块，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。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VPhase接近0伏，直到火花塞1间隙被击穿后电压降低到0，相位感应电压VPhase值突然由0变成非零值，且符号与VH4电压一致。当VH4 在上升时，VPhase也持续增长。 直到汽缸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，VPhase开始产生振荡并逐渐衰减。图3中的汽缸4处在压缩冲程状况，相位电压VPhase与VH4 相对应，在t0和VBD之间其值为负值，从而可以得出汽缸处在压缩阶段的判断。在下一个循环，图4中的汽缸1处在压缩冲程状况，相位电压VPhase与VH1 相对应，在t0和VBD之间其值为正值，从而得出汽缸在压缩阶段的判断。
由此可见，配对火花塞的击穿顺序是次级电容耦合应用的一个特征，如附图2中当点火模块产生一点火信号，初级线圈的电压逐渐增加，初级线圈电压逐渐增大的过程中，分组点火线圈在释放能量的过程中，次级线圈周边开始产生电场，逐渐增大的电场产生电动势联通配对的火花塞电极。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，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，但影响最大的变量要属压缩缸内的压力。所以根据每次火花塞点火所需击穿电压的大小，可以对应的得到压缩缸内压力的一个范围。
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。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。这样使得排气端的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。线圈在工作时，次级产生高压，因次级线圈有内在电容，在放电过程中产生振荡形成振荡波形。次级输出电压越高，所产生的振荡波形数量就会越多。在电容感应模块上形成的感应波形波数与线圈的负载电压的关系如下：
负载电压 感应波形数量 高 多 低 少
表1：感应波形数量与负载电压关系
在分组对比测试试验中，附图8至附图19描述了在不同击穿电压下输出的不同波形示意图，根据负载电压（三针放电间隙击穿电压）与波形数量之间的关系给出下表：
负载电压 5 kV 8 kV 10 kV 15 kV 20 kV 25 kV 波形数量 3.5 4.5 5.5 5.5 6.5 6.5
表2：实测感应波形数量与三针放电负载电压关系
其中，图8为三针放电间隙击穿电压为 5 kV的模块输出波形，图9为对其进行整形处理后的波形；图10为三针放电间隙击穿电压为 8 kV的模块输出波形，图11为整形处理后的波形；图12为三针放电间隙击穿电压 为 10 kV的模块输出波形，图13为整形处理后的波形；图14为三针放电间隙击穿电压 为 15 kV的模块输出波形，图15为整形处理后的波形；图16为三针放电间隙击穿电压 为 20 kV的模块输出波形，图17为整形处理后的波形；图18为三针放电间隙击穿电压 为 25 kV的模块输出波形，图19为整形处理后的波形。可以看出，当中央控制模块的比较判断器在实时测量接收的状态反馈信号并与预定值比较后，即可根据此时波形数量等信息计算得出瞬时对应的发动机的缸体位置和汽缸内负载状况。
与以上相类似的，附图20至附图24描述了在不同转速下输出的不同波形示意图，各附图依次分别代表发动机转速850 RPM （怠速）、发动机转速2000 RPM、发动机转速3000 RPM、发动机转速4000 RPM、发动机转速5000 RPM时的输出波形，当中央控制模块的比较判断器在实时测量接收的状态反馈信号并与预定值比较后，即可根据此时波形数量得出瞬时对应的发动机的缸体位置和汽缸内负载状况。从而，应用电容偶合感应技术采集的线圈次级感应信号可用来判断发动机对应缸体的位置，ECU可根据信号波形的形状和数量来判断发动机缸体内的相对压力，并用其来调整优化发动机燃油供给量从而到达减小油耗降低排放的效果，此项技术也可应用到混合动力发动机上减小排放，此技术可用来提高电喷系统点火子系统的控制精度，而且其信号可以用来取代相位传感器。
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。
