點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，包括中央控制模塊，用于發(fā)出點(diǎn)火指令和接收狀態(tài)反饋信號(hào)；點(diǎn)火模塊，用于根據(jù)所述的中央控制模塊發(fā)出的點(diǎn)火指令控制充電電路；初級(jí)線圈，位于所述的充電電路中并產(chǎn)生初級(jí)電壓；次級(jí)線圈，用于根據(jù)所述的初級(jí)線圈的初級(jí)電壓產(chǎn)生給火花塞放電的次級(jí)電壓；感應(yīng)電容，位于所述的次級(jí)線圈的附近，用于根據(jù)所述的次級(jí)線圈的次級(jí)電壓感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，并反饋至所述的中央控制模塊，所述的中央控制模塊根據(jù)接收到的感應(yīng)信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
【專利說(shuō)明】點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及點(diǎn)火線圈次級(jí)電容耦合感應(yīng)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中，點(diǎn)火線圈是一種為點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的空氣和燃油混合物提供點(diǎn)火能量的執(zhí)行部件。它是一種基于電磁感應(yīng)原理的特殊脈沖升壓器，它將8-16V的低電壓按設(shè)定頻率通斷使之次級(jí)產(chǎn)生20-40KV的電壓通過(guò)火花塞產(chǎn)生電火花。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展過(guò)程中，人們一直在尋求一些方法提高和完善對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，比如發(fā)動(dòng)機(jī)判缸，發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)部燃燒壓力狀況，由于點(diǎn)火線圈與發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況息息相關(guān)，因而需要一種能利用點(diǎn)火線圈為基礎(chǔ)的判斷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸位置和燃燒壓力狀況的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種可以利用點(diǎn)火線圈采用電容耦合感應(yīng)方法來(lái)探測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體位置的點(diǎn)火線圈感應(yīng)系統(tǒng)。
[0004]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，包括中央控制模塊，用于發(fā)出點(diǎn)火指令和接收狀態(tài)反饋信號(hào)；點(diǎn)火模塊，用于根據(jù)所述的中央控制模塊發(fā)出的點(diǎn)火指令控制充電電路；初級(jí)線圈，位于所述的充電電路中并產(chǎn)生初級(jí)電壓；次級(jí)線圈，用于根據(jù)所述的初級(jí)線圈的初級(jí)電壓產(chǎn)生給火花塞放電的次級(jí)電壓；感應(yīng)電容，位于所述的次級(jí)線圈的附近，用于根據(jù)所述的次級(jí)線圈的次級(jí)電壓感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，并反饋至所述的中央控制模塊，所述的中央控制模塊根據(jù)接收到的感應(yīng)信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
[0005]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，還包括電容耦合感應(yīng)模塊，用于將所述的感應(yīng)電容的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理后輸出至所述的中央控制模塊。
[0006]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的電容耦合感應(yīng)模塊包括電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電路，用于將所述的感應(yīng)電容的感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電壓信號(hào)。
[0007]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的電容耦合感應(yīng)模塊包括信號(hào)處理電路，用于將所述的感應(yīng)信號(hào)或感應(yīng)電壓信號(hào)整形后輸出至所述的中央控制模塊。
[0008]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的中央控制模塊包括比較判斷器，用于測(cè)量輸入感應(yīng)信號(hào)并與預(yù)定值比較以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
[0009]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的感應(yīng)電容包括一平面銅膜，所述的平面銅膜在所述的次級(jí)線圈的投影至少部分落在所述的次級(jí)線圈上，所述的次級(jí)線圈與所述的平面銅模形成一虛擬稱合電容。
[0010]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的次級(jí)線圈同心設(shè)置于所述的初級(jí)線圈的外圍，所述的感應(yīng)電容置于次級(jí)線圈輸出端的上端。
[0011]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，本點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)連接到組合式火花塞，所述的組合式火花塞包括一排氣端火花塞和一壓縮端火花塞。[0012]本發(fā)明的點(diǎn)火線圈次級(jí)電容耦合感應(yīng)是一種可以用來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)應(yīng)的氣缸位置和汽缸內(nèi)燃燒相對(duì)壓力的技術(shù)，此技術(shù)可用來(lái)提高電噴系統(tǒng)點(diǎn)火子系統(tǒng)的控制精度，而且其信號(hào)可以用來(lái)取代相位傳感器，根據(jù)判斷耦合電容感應(yīng)在工作過(guò)程中的輸出信號(hào)波形可以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的相對(duì)位置及負(fù)載工作狀況。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]附圖1為根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造圖；
附圖2描述了附圖1中電路的時(shí)序圖；
附圖3為相位感應(yīng)電壓與配對(duì)火花塞擊穿電壓關(guān)系一；
附圖4為相位感應(yīng)電壓與配對(duì)火花塞擊穿電壓關(guān)系二；
附圖5與附圖6為根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖7描述了次級(jí)線圈周邊電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)電容位置原理圖；
附圖8至附圖19描述了在不同擊穿電壓下輸出的不同波形示意圖；
附圖20至附圖24描述了在不同轉(zhuǎn)速下輸出的不同波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0015]參見(jiàn)附圖1所示，為根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造圖。本實(shí)施例的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，包括中央控制模塊(ECU)，用于發(fā)出點(diǎn)火指令(點(diǎn)火正時(shí)信號(hào))和接收狀態(tài)反饋信號(hào)，中央控制模塊包括比較判斷器，用于測(cè)量接收的狀態(tài)反饋信號(hào)并與預(yù)定值比較以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況；點(diǎn)火模塊，用于根據(jù)中央控制模塊發(fā)出的點(diǎn)火指令控制充電電路；初級(jí)線圈，位于充電電路中并產(chǎn)生初級(jí)電壓；次級(jí)線圈，用于根據(jù)初級(jí)線圈的初級(jí)電壓產(chǎn)生給火花塞放電的次級(jí)電壓；感應(yīng)電容，位于次級(jí)線圈的附近，用于根據(jù)次級(jí)線圈的次級(jí)電壓感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，并反饋至中央控制模塊，中央控制模塊根據(jù)接收到的感應(yīng)信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況；容耦合感應(yīng)模塊，用于將感應(yīng)電容的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理后輸出至中央控制模塊。電容耦合感應(yīng)模塊包括電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電路，用于將感應(yīng)電容的感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電壓信號(hào)；電容耦合感應(yīng)模塊還包括信號(hào)處理電路，用于將感應(yīng)信號(hào)或感應(yīng)電壓信號(hào)整形后輸出至中央控制模塊。
[0016]參見(jiàn)附圖5與附圖6的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，次級(jí)電容耦合感應(yīng)線圈構(gòu)造是一個(gè)模塊式的設(shè)計(jì)。如圖所示，次級(jí)線圈同心設(shè)置于初級(jí)線圈的外圍，將一個(gè)模塊化的電容(平面銅膜，圖中陰影部分)置于線圈次級(jí)輸出端的的附近，銅膜與次級(jí)線圈之間即可形成一個(gè)虛擬偶合電容。本實(shí)施例中的電容耦合感應(yīng)模塊的平面銅膜使貼覆于PCB之上，模塊連接到組合式分組點(diǎn)火線圈插頭給中央控制模塊(ECU)提供感應(yīng)信號(hào)，此感應(yīng)信號(hào)可用來(lái)判斷缸體位置和發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。附圖7描述了次級(jí)線圈周邊電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)電容位置原理圖，具有感應(yīng)電容、電容耦合感應(yīng)模塊均位于次級(jí)線圈的感應(yīng)電場(chǎng)中，由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨著距離的增加而減小，因而理論上在電容耦合感應(yīng)點(diǎn)火線圈設(shè)計(jì)中，次級(jí)內(nèi)置電容值和感應(yīng)模塊置放在線圈高壓輸出端的位置非常關(guān)鍵，次級(jí)線圈設(shè)計(jì)和感應(yīng)模塊置放的位置需要優(yōu)化，達(dá)到最佳感應(yīng)效果同時(shí)也要保證產(chǎn)品的可靠性。若感應(yīng)模塊置放位置離次級(jí)高壓端過(guò)近，則會(huì)給產(chǎn)品耐久帶來(lái)負(fù)面影響，甚至可導(dǎo)致次級(jí)高壓端與模塊之間直接擊穿。次級(jí)線圈內(nèi)在電容大小取決于次級(jí)線圈骨架大小，槽數(shù)，總匝數(shù)，及各槽繞線匝數(shù)的分布。
[0017]本系統(tǒng)在使用時(shí)連接到組合式火花塞，通常組合式火花塞包括一對(duì)排氣端火花塞和一對(duì)壓縮端火花塞,其配對(duì)方式是I號(hào)與4號(hào)配對(duì),2號(hào)與3號(hào)配對(duì),其中I號(hào)與2號(hào)共用一個(gè)感應(yīng)模塊，由于使用分組點(diǎn)火線圈時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸是配對(duì)工作的，當(dāng)其中一個(gè)火花塞的擊穿電壓為負(fù)電壓時(shí)，另一個(gè)火花塞的擊穿電壓必定為正電壓，排氣端的火花塞擊穿電壓在時(shí)間順序上要先于壓縮端的火花塞。當(dāng)汽缸4 (火花塞4)處入壓縮階段，汽缸I (火花塞I)則處入排氣階段。在時(shí)間h時(shí)ECU控制點(diǎn)火線圈，線圈次級(jí)兩端產(chǎn)生電壓為Vh4和Vm的同步增長(zhǎng)但極向相反。此時(shí)的電壓相位感應(yīng)電壓Vphase接近0伏，直到火花塞I間隙被擊穿后電壓降低到0，相位感應(yīng)電壓Vph值突然由0變成非零值，且符號(hào)與Vh4電壓一致。當(dāng)Vh4在上升時(shí)，Vphase也持續(xù)增長(zhǎng)。直到汽缸4中混合氣體被尚子化，電壓升聞到擊穿電壓VBD。在廣生放電電弧后，Vphase開(kāi)始廣生振湯并逐漸裳減。圖3中的汽缸4處在壓縮沖程狀況，相位電壓Vphase與Vh4相對(duì)應(yīng)，在h和Vbd之間其值為負(fù)值，從而可以得出汽缸處在壓縮階段的判斷。在下一個(gè)循環(huán)，圖4中的汽缸I處在壓縮沖程狀況，相位電壓Vph與Vhi相對(duì)應(yīng)，在h和Vbd之間其值為正值，從而得出汽缸在壓縮階段的判斷。
[0018]由此可見(jiàn)，配對(duì)火花塞的擊穿順序是次級(jí)電容耦合應(yīng)用的一個(gè)特征，如附圖2中當(dāng)點(diǎn)火模塊產(chǎn)生一點(diǎn)火信號(hào)，初級(jí)線圈的電壓逐漸增加，初級(jí)線圈電壓逐漸增大的過(guò)程中，分組點(diǎn)火線圈在釋放能量的過(guò)程中，次級(jí)線圈周邊開(kāi)始產(chǎn)生電場(chǎng)，逐漸增大的電場(chǎng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)聯(lián)通配對(duì)的火花塞電極。在10~30微秒的瞬間，電動(dòng)勢(shì)變得足夠大使得火花塞間隙被擊穿并產(chǎn)生火花，火花塞間隙產(chǎn)生火花強(qiáng)勁程度取決于各個(gè)火花塞間隙的阻抗。影響火花塞間隙阻抗的因素有很多，但影響最大的變量要屬壓縮缸內(nèi)的壓力。所以根據(jù)每次火花塞點(diǎn)火所需擊穿電壓的大小，可以對(duì)應(yīng)的得到壓縮缸內(nèi)壓力的一個(gè)范圍。
[0019]當(dāng)火花塞間隙之間的電壓增加到產(chǎn)生火花并點(diǎn)燃缸內(nèi)的燃油和空氣的混合體時(shí)，在火花產(chǎn)生的瞬間，火花塞間隙中的混合氣體被離子化使次級(jí)電流開(kāi)始從正極流向負(fù)極，擊穿電壓的大小與燃油與空氣的混合氣體壓力成正比。缸內(nèi)壓力越大，需要的擊穿電壓也就越高。汽缸在排氣沖程時(shí)所需的擊穿電壓要小，因?yàn)樵谂艢鈺r(shí)缸內(nèi)的壓力要比壓縮沖程時(shí)缸內(nèi)壓力要小得多。這樣使得排氣端的火花塞間隙要比壓縮端的火花塞間隙先達(dá)到擊穿狀態(tài)，其時(shí)間差在幾個(gè)微秒范圍之內(nèi)。線圈在工作時(shí)，次級(jí)產(chǎn)生高壓，因次級(jí)線圈有內(nèi)在電容，在放電過(guò)程中產(chǎn)生振蕩形成振蕩波形。次級(jí)輸出電壓越高，所產(chǎn)生的振蕩波形數(shù)量就會(huì)越多。在電容感應(yīng)模塊上形成的感應(yīng)波形波數(shù)與線圈的負(fù)載電壓的關(guān)系如下:
【權(quán)利要求】
1.一種點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括 中央控制模塊，用于發(fā)出點(diǎn)火指令和接收狀態(tài)反饋信號(hào)； 點(diǎn)火模塊，用于根據(jù)所述的中央控制模塊發(fā)出的點(diǎn)火指令控制充電電路； 初級(jí)線圈，位于所述的充電電路中并產(chǎn)生初級(jí)電壓； 次級(jí)線圈，用于根據(jù)所述的初級(jí)線圈的初級(jí)電壓產(chǎn)生給火花塞放電的次級(jí)電壓； 感應(yīng)電容，位于所述的次級(jí)線圈的附近，用于根據(jù)所述的次級(jí)線圈的次級(jí)電壓感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，并反饋至所述的中央控制模塊，所述的中央控制模塊根據(jù)接收到的感應(yīng)信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:還包括電容耦合感應(yīng)模塊，用于將所述的感應(yīng)電容的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理后輸出至所述的中央控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的電容耦合感應(yīng)模塊包括電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電路，用于將所述的感應(yīng)電容的感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電壓信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的電容耦合感應(yīng)模塊包括信號(hào)處理電路，用于將所述的感應(yīng)信號(hào)或感應(yīng)電壓信號(hào)整形后輸出至所述的中央控制模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的中央控制模塊包括比較判斷器，用于測(cè)量輸入感應(yīng)信號(hào)并與預(yù)定值比較以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的感應(yīng)電容包括一平面銅膜，所述的平面銅膜在所述的次級(jí)線圈的投影至少部分落在所述的次級(jí)線圈上，所述的次級(jí)線圈與所述的平面銅模形成一虛擬耦合電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的次級(jí)線圈同心設(shè)置于所述的初級(jí)線圈的外圍，所述的感應(yīng)電容置于次級(jí)線圈輸出端的上端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:連接到組合式火花塞，所述的組合式火花塞包括一排氣端火花塞和一壓縮端火花塞。
【文檔編號(hào)】F02P17/00GK103573528SQ201310577259
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】童彬 申請(qǐng)人:昆山凱迪汽車電器有限公司