[发明专利]能够检测电离的高能单模等离子点火系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。本发明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。

本发明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，本发明使用很少的他器件便可实现准确测量。

附图说明

为让本发明的上述目的、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。