能够检测电离的高能单模等离子点火系统技术方案

一种能够检测电离的高能单模等离子点火系统，包括具有初级绕组和次级绕组的升压变压器；与初级绕组相连的单能量源，该单能量源为电容；与次级绕组相连的火花塞间隙，从该电容产生的能量经过初级绕组、次级绕组后在火花塞间隙生成火花；附加电路，其一端与该电容的初级放电端相连，另一端与该火花塞间隙相连。电容能量源既可用于产生初始高电压火花，击穿火花塞间隙，也可提供后续电流来延续高能等离子弧的燃烧。相对于目前的点火系统，这种结合电离检测的等离子点火方法，仅用一个电容产生所需的高能量火花点燃油气混合物，并维持生成电离电流的的高电压，方便与火花塞上线圈点火系安装在一起，具有体积小，成本效益高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及单模高能点火系统和方法，通过测量由火花点火的内燃发动机火花塞上间隙的电离电流，确定各个气缸的燃烧状态。
技术介绍
火花塞间隙电离和发动机不点火的关系已为汽车行业所熟知(见Miyata等人的文章″Flame Ion Density Measurement Using Spark Plug VoltageAnalysis″，《应用火花塞电压分析方法测量火焰离子浓度》，汽车工程师协会SAE技术文章编号930462)。火花塞生成火花时，火花塞周围的气体被电离化，火花塞间隙中的电传导性也随之增加，发动机启动后在火花塞间隙两端的电压产生电流，即电离电流。测量和分析电离电流可以提供燃烧过程的信息，电离电流的大小也是燃烧的一个指数，低电流和零电流可能意味着发动机不点火。发动机敲缸，空然比估测，火花塞积碳和其他燃烧参数也可由测量和分析电离电流推导出来。已知的电离电流检测系统利用流过火花塞间隙的电离电流来测量内燃发动机的燃烧效率。事实上，这些系统的特点是采用两个分离的能量源，第一个能量源在火花塞间隙上形成火花，第二个能量源即生成火花塞间隙的电流，又提供电压产生电离电流，该电离电流可被检测电路检测出来。美国专利号5321978，Brandt等公开了用附加电源制造电压和产生电离电流的方法，这种方法的局限在于附加电源只提供制造电压和产生电离电流的功能。双能源点火系统(美国专利5197448，作者PORRECA等)和电离检测点火系统(美国专利5777216，作者VAN DUYNE等)通过第一和第二能量源将点火过程分为两个阶段，制造火花和制造电弧。第一能量源以导电方式连接到火花塞间隙使得第一能量源释放的能量在火花塞间隙产生高电压而制造火花；第二能量源和火花塞间隙的连接方式不仅要求第一和第二能量源的相互干扰最小，也通过低阻尼电路提供火花塞间隙的强电流，使得第二能量源释放的能量足够维持火花塞间隙的电弧。换言之，第二能量源除了可供电离电流检测的火花塞间隙电压，还能够在由火花生成的火花塞间隙之间的低阻尼回路上放电，增加正常点火时的低电流高电压火花的能量。双能量源的应用不仅是两个直流转换器向两个独立能量源，如电容充电，而且需要两个高压二极管将电离电路与初级点火电路分离。作为双能量源的电容充电部件价格昂贵，包括高成本的高压二极管，直流转换器，耐久金属膜电容和其他附件。另外，如果一个二极管不工作，相应的气缸不能点火；如果第二能量源充电部件内部的任意组件出故障，电离电路和等离子火花弧都不能产生。所以，为了满足发动机点火工艺的期望，电离电流检测装置必须使用单能源生成稳定的电离电流输出信号，并满足成本低，组件少的特点。
技术实现思路
本专利技术的基本目的是提供一个简单装置检测电离并计算电离电流，用单能量源达到前述制造火花和制造电弧的两项功能，效率高，成本低。本专利技术为单模等离子点火系统，只用一个能量源，通过附加电路减少电离电流检测装置和高电压火花装置的相互干扰。附加电路连接电容的初级放电端与火花塞间隙，点火线圈或高压变压器的次级绕组也经过一个单向阻断元件与火花塞间隙相连。单能量源通过变压器初级绕组提供火花塞间隙放电需要的火花能量，而由于初级绕组线圈的高阻抗特性，制造火花的多余能量通过附加电路及阻断元件直接作用于火花塞间隙，形成高电流等离子弧；在火花和等离子弧之后，单能量源继续在火花塞间隙充电升压，使得电离电流流过火化塞间隙。检测，计算和分析电离电流及其他数据如点火启动时间，气缸周期等，可以提供燃烧过程的信息，如局部点火或不点火，敲缸，估测空燃比和火花塞性能等。本专利技术采用的单模高能点火系统，由一个电容作为单能量源与检测装置耦合，检测装置通过阻断元件后与附加电路相连，测量火花塞间隙的电离。本发明提供高效和经济的电离测量，同时保留了双能量源点火的固有优势。主要表现在，当燃料在被触发高电压点燃的瞬间，检测电路内的一个电阻有离子电流通过，所产生的压降提供了一个电离信号，该信号显示燃烧室气体离子化的程度；通过处理器对该信号的滤波和数字化分析，导出气缸的各种燃烧特性参数，处理器可以分析这些数据并存储起来备用；另外，检测电路还包含一个齐纳二极管，使电弧电流在有效点火时绕过电阻，提高测量精度和点火效率。由此可见，本专利技术使用很少的他器件便可实现准确测量。附图说明为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：图1示出已有双能源点火系统电离检测示意图。图2示出单模高能电容放电点火系统离子检测示意图。具体实施方式本专利技术的特点是在气缸内部产生高能等离子火花，随后对通过气缸火花塞间隙的离子电流检测采样分析。当高电压火花在火花塞间隙形成时，直接与火花塞端点相连的附加电路将通过阻断电路输入的单能量源能量充分放电，达到提高点火效率，降低燃烧排放水平，提高热效率的目的。阻断元件的作用是保证放电电流的单向移动，保护变压器初级线圈的电子元件不被次级线圈的高电压影响。在本专利技术中，同一个能量源即可向变压器初级线圈放电，最终导致在火花塞间隙生成火花电弧，同时也将存储的多余能量放电出去，维持和提高火花电弧的能量；而且，该能量源提供火花消失期间在火花塞间隙流动的离子电流。测试、适时采样和分析此离子电流可得到每一个气缸燃烧过程的各项参数。作为参考，图1对以前的技术“双能源点火”和“电离检测系统”有一个概念性说明，详见美国公开专利号5777216(爱德华Edward Van Duyne等)。这个专利公开了一个由电压增幅变压器10组成的点火火花生成装置，其作用是在火花塞间隙11产生火花。第二能量源是一个电容18，由直流转换器21充电，功能是在火花塞间隙11上制造一个高能电流弧，同时提供火花塞间隙11上的电压以便测量离子电流。重要的是，第二能量源18对火花塞间隙有一个放电电路。高压二极管17将放电电路与变压器初级线圈端隔离，同时保护第二能量源18不受高压变电器10的次级线圈生成的高电压的干扰。这里的要点是，第二能量源释放的能量通过一个低阻尼线向火花塞间隙11输送，高压阻断元件17保证第二能源输出的电流朝火花塞间隙11单向流通。由高电压，高点电流转换装置组成的触发电路如硅控整流管5可用于触发电容4对变压器10的放电，这一快速放电输入变压器8次级绕组端很高的电压，该电压将火花塞间隙的物质离子化并产生火花。在变压器10的次级端有第二能量源对电容18充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够检测电离的高能单模等离子点火系统，包括：
具有初级绕组和次级绕组的升压变压器；
与初级绕组相连的单能量源，该单能量源为电容；
与次级绕组相连的火花塞间隙，从该电容产生的能量经过初级绕组、次级
绕组后在火花塞间隙生成火花；
附加电路，其一端与该电容的初级放电端相连，另一端与该火花塞间隙相
连，该附加电路包含一阻断元件，该阻断元件保证电流的单向流动。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一电离检测电路，通
过该电容在该火花塞间隙产生电压，该检测电路测量该火花塞间隙上生成的电
离电流并发出电离信号。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，该电离检测电路包括沿着该
附加电路与该电容的阻断元件后端连接的电阻，电压沿电阻下降产生电离信
号。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括过滤电离信号的直流
偏流的高通滤波器，以及过滤电离信号的高频噪音的低通滤波器。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，，该检测电路带有增强电离
信号的放大器。
6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，，该检测电路包含齐纳二极
管，该齐纳二极管与所述电阻并联，使得维持电弧的电流能够绕过电阻。
7.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包含处理器，该处理器通
过分析该电离信号来诊断发动机不点火。
8.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包含处理器，该处理器...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志民，
申请(专利权)人：黄志民，
类型：发明
国别省市：