能夠檢測電離的高能單模等離子點火系統技術方案

一種能夠檢測電離的高能單模等離子點火系統，包括具有初級繞組和次級繞組的升壓變壓器；與初級繞組相連的單能量源，該單能量源為電容；與次級繞組相連的火花塞間隙，從該電容產生的能量經過初級繞組、次級繞組后在火花塞間隙生成火花；附加電路，其一端與該電容的初級放電端相連，另一端與該火花塞間隙相連。電容能量源既可用于產生初始高電壓火花，擊穿火花塞間隙，也可提供后續電流來延續高能等離子弧的燃燒。相對于目前的點火系統，這種結合電離檢測的等離子點火方法，僅用一個電容產生所需的高能量火花點燃油氣混合物，并維持生成電離電流的的高電壓，方便與火花塞上線圈點火系安裝在一起，具有體積小，成本效益高等特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及單模高能點火系統和方法，通過測量由火花點火的內燃發動機火花塞上間隙的電離電流，確定各個氣缸的燃燒狀態。
技術介紹
火花塞間隙電離和發動機不點火的關系已為汽車行業所熟知(見Miyata等人的文章″Flame?Ion?Density?Measurement?Using?Spark?Plug?VoltageAnalysis″，《應用火花塞電壓分析方法測量火焰離子濃度》，汽車工程師協會SAE技術文章編號930462)?；鸹ㄈ苫鸹〞r，火花塞周圍的氣體被電離化，火花塞間隙中的電傳導性也隨之增加，發動機啟動后在火花塞間隙兩端的電壓產生電流，即電離電流。測量和分析電離電流可以提供燃燒過程的信息，電離電流的大小也是燃燒的一個指數，低電流和零電流可能意味著發動機不點火。發動機敲缸，空然比估測，火花塞積碳和其他燃燒參數也可由測量和分析電離電流推導出來。已知的電離電流檢測系統利用流過火花塞間隙的電離電流來測量內燃發動機的燃燒效率。事實上，這些系統的特點是采用兩個分離的能量源，第一個能量源在火花塞間隙上形成火花，第二個能量源即生成火花塞間隙的電流，又提供電壓產生電離電流，該電離電流可被檢測電路檢測出來。美國專利號5321978，Brandt等公開了用附加電源制造電壓和產生電離電流的方法，這種方法的局限在于附加電源只提供制造電壓和產生電離電流的功能。雙能源點火系統(美國專利5197448，作者PORRECA等)和電離檢測點火系統(美國專利5777216，作者VAN?DUYNE等)通過第一和第二能量源將點火過程分為兩個階段，制造火花和制造電弧。第一能量源以導電方式連接到火花塞間隙使得第一能量源釋放的能量在火花塞間隙產生高電壓而制造火花；第二能量源和火花塞間隙的連接方式不僅要求第一和第二能量源的相互干擾最小，也通過低阻尼電路提供火花塞間隙的強電流，使得第二能量源釋放的能量足夠維持火花塞間隙的電弧。換言之，第二能量源除了可供電離電流檢測的火花塞間隙電壓，還能夠在由火花生成的火花塞間隙之間的低阻尼回路上放電，增加正常點火時的低電流高電壓火花的能量。雙能量源的應用不僅是兩個直流轉換器向兩個獨立能量源，如電容充電，而且需要兩個高壓二極管將電離電路與初級點火電路分離。作為雙能量源的電容充電部件價格昂貴，包括高成本的高壓二極管，直流轉換器，耐久金屬膜電容和其他附件。另外，如果一個二極管不工作，相應的氣缸不能點火；如果第二能量源充電部件內部的任意組件出故障，電離電路和等離子火花弧都不能產生。所以，為了滿足發動機點火工藝的期望，電離電流檢測裝置必須使用單能源生成穩定的電離電流輸出信號，并滿足成本低，組件少的特點。
技術實現思路
本專利技術的基本目的是提供一個簡單裝置檢測電離并計算電離電流，用單能量源達到前述制造火花和制造電弧的兩項功能，效率高，成本低。本專利技術為單模等離子點火系統，只用一個能量源，通過附加電路減少電離電流檢測裝置和高電壓火花裝置的相互干擾。附加電路連接電容的初級放電端與火花塞間隙，點火線圈或高壓變壓器的次級繞組也經過一個單向阻斷元件與火花塞間隙相連。單能量源通過變壓器初級繞組提供火花塞間隙放電需要的火花能量，而由于初級繞組線圈的高阻抗特性，制造火花的多余能量通過附加電路及阻斷元件直接作用于火花塞間隙，形成高電流等離子弧；在火花和等離子弧之后，單能量源繼續在火花塞間隙充電升壓，使得電離電流流過火化塞間隙。檢測，計算和分析電離電流及其他數據如點火啟動時間，氣缸周期等，可以提供燃燒過程的信息，如局部點火或不點火，敲缸，估測空燃比和火花塞性能等。本專利技術采用的單模高能點火系統，由一個電容作為單能量源與檢測裝置耦合，檢測裝置通過阻斷元件后與附加電路相連，測量火花塞間隙的電離。本發明提供高效和經濟的電離測量，同時保留了雙能量源點火的固有優勢。主要表現在，當燃料在被觸發高電壓點燃的瞬間，檢測電路內的一個電阻有離子電流通過，所產生的壓降提供了一個電離信號，該信號顯示燃燒室氣體離子化的程度；通過處理器對該信號的濾波和數字化分析，導出氣缸的各種燃燒特性參數，處理器可以分析這些數據并存儲起來備用；另外，檢測電路還包含一個齊納二極管，使電弧電流在有效點火時繞過電阻，提高測量精度和點火效率。由此可見，本專利技術使用很少的他器件便可實現準確測量。附圖說明為讓本專利技術的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的具體實施方式作詳細說明，其中：圖1示出已有雙能源點火系統電離檢測示意圖。圖2示出單模高能電容放電點火系統離子檢測示意圖。具體實施方式本專利技術的特點是在氣缸內部產生高能等離子火花，隨后對通過氣缸火花塞間隙的離子電流檢測采樣分析。當高電壓火花在火花塞間隙形成時，直接與火花塞端點相連的附加電路將通過阻斷電路輸入的單能量源能量充分放電，達到提高點火效率，降低燃燒排放水平，提高熱效率的目的。阻斷元件的作用是保證放電電流的單向移動，保護變壓器初級線圈的電子元件不被次級線圈的高電壓影響。在本專利技術中，同一個能量源即可向變壓器初級線圈放電，最終導致在火花塞間隙生成火花電弧，同時也將存儲的多余能量放電出去，維持和提高火花電弧的能量；而且，該能量源提供火花消失期間在火花塞間隙流動的離子電流。測試、適時采樣和分析此離子電流可得到每一個氣缸燃燒過程的各項參數。作為參考，圖1對以前的技術“雙能源點火”和“電離檢測系統”有一個概念性說明，詳見美國公開專利號5777216(愛德華Edward?Van?Duyne等)。這個專利公開了一個由電壓增幅變壓器10組成的點火火花生成裝置，其作用是在火花塞間隙11產生火花。第二能量源是一個電容18，由直流轉換器21充電，功能是在火花塞間隙11上制造一個高能電流弧，同時提供火花塞間隙11上的電壓以便測量離子電流。重要的是，第二能量源18對火花塞間隙有一個放電電路。高壓二極管17將放電電路與變壓器初級線圈端隔離，同時保護第二能量源18不受高壓變電器10的次級線圈生成的高電壓的干擾。這里的要點是，第二能量源釋放的能量通過一個低阻尼線向火花塞間隙11輸送，高壓阻斷元件17保證第二能源輸出的電流朝火花塞間隙11單向流通。由高電壓，高點電流轉換裝置組成的觸發電路如硅控整流管5可用于觸發電容4對變壓器10的放電，這一快速放電輸入變壓器8次級繞組端很高的電壓，該電壓將火花塞間隙的物質離子化并產生火花。在變壓器10的次級端有第二能量源對電容18充本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種能夠檢測電離的高能單模等離子點火系統，包括：
具有初級繞組和次級繞組的升壓變壓器；
與初級繞組相連的單能量源，該單能量源為電容；
與次級繞組相連的火花塞間隙，從該電容產生的能量經過初級繞組、次級
繞組后在火花塞間隙生成火花；
附加電路，其一端與該電容的初級放電端相連，另一端與該火花塞間隙相
連，該附加電路包含一阻斷元件，該阻斷元件保證電流的單向流動。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括一電離檢測電路，通
過該電容在該火花塞間隙產生電壓，該檢測電路測量該火花塞間隙上生成的電
離電流并發出電離信號。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，該電離檢測電路包括沿著該
附加電路與該電容的阻斷元件后端連接的電阻，電壓沿電阻下降產生電離信
號。
4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，還包括過濾電離信號的直流
偏流的高通濾波器，以及過濾電離信號的高頻噪音的低通濾波器。
5.如權利要求4所述的系統，其特征在于，，該檢測電路帶有增強電離
信號的放大器。
6.如權利要求3所述的系統，其特征在于，，該檢測電路包含齊納二極
管，該齊納二極管與所述電阻并聯，使得維持電弧的電流能夠繞過電阻。
7.如權利要求2所述的系統，其特征在于，還包含處理器，該處理器通
過分析該電離信號來診斷發動機不點火。
8.如權利要求2所述的系統，其特征在于，還包含處理器，該處理器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃志民，
申請(專利權)人：黃志民，
類型：發明
國別省市：