CN102852694B - 点火线圈输出电压评估方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种点火线圈输出电压评估方法，将各有效发动机转速下的点火线圈最大输出电压和混合气极限击穿电压对比，如果各有效发动机转速下，点火线圈最大输出电压减去混合气极限击穿电压的差都大于设定电压，则点火线圈输出电压满足发动机点火***要求；其中，一发动机转速下，如果点火线圈点火电压最大值所在的点火过程中的点火电流出现反向，则将该发动机转速及所对应点火线圈点火电压最大值作为无效值去除；以去除了无效值的各发动机转速下的点火线圈点火电压最大值，作为各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压。本发明还公开了一种点火线圈输出电压评估***。本发明能对点火线圈输出电压进行精确评估。

Description

点火线圈输出电压评估方法及***

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及一种点火线圈输出电压评估方法及***。

背景技术

点火线圈是汽油发动机火路***的核心零部件之一，其性能直接决定了发动机是否能够可靠点火。对点火线圈而言，两个参数尤为关键，一个是点火线圈的输出电压，直接决定了混合气是否可以被有效击穿，另一个就是点火线圈的输出能量，直接决定了火花的持续时间是否够长；在稀薄燃烧状态下，由于化学能很弱，足够长的火花持续时间可以充分加热其周边的混合气，提高混合气的温度，帮助化学能的释放，降低失火率；但对于目前国内市场主流的PFI（Port Fuel Injection，进气道喷射）发动机，由于其空燃比均控制在1.0左右，化学能足够强，点火线圈的输出能量对点火过程的影响不是很明显。因此，点火线圈的输出电压才是点火过程中最为关键的参数。

点火线圈输出电压的评估标准为：

点火线圈的最大输出电压要大于实车上的混合气极限击穿电压，考虑车辆散差，两者之间还要留有一定的安全余量。

某一充电时间下点火线圈的最大输出电压可以通过外接高绝缘介质真空电容直接测量得到；

混合气极限击穿电压就要通过不同驾驶工况的模拟，综合统计出每个转速下所对应的混合气击穿电压最大值。

可见，点火线圈输出电压评估试验中，混合气极限击穿电压的获取是整个试验中最为关键的环节。《Spark Anemometry of Bulk Gas Velocity at the Plug gap of afiring engine》中的研究表明，混合气的击穿电压可以用如下公式进行描述：

$V_{\mathrm{bd}}={\mathrm{Kpd}}_g{(1+\frac{a}{{\mathrm{pd}}_g})}^{1/2}---\left(1\right)$

其中，K＝1.5×10⁴kVcm²/g，a＝10^-4g/cm²,1g/cm²＝0.980665mbar；

p-点火正时所对应的缸压；d_g-火花塞电极间隙；

从(1)式可见，混合气的击穿电压主要和火花塞电极间隙大小和点火正时缸压成正比。

点火线圈输出电压评估方法，是将各发动机转速下的点火线圈最大输出电压和混合气极限击穿电压对比，如果各发动机转速下，点火线圈最大输出电压减去混合气极限击穿电压的差都大于设定电压，则点火线圈输出电压满足发动机点火***要求。设定电压为经验值，通常在2kV到6kV之间，如可以为2kV、4kV或6kV。

现有的点火线圈输出电压评估方式，一转速下的混合气极限击穿电压值的确定方式是：采用产品寿命周期内的极限间隙火花塞作为试验火花塞，改变发动机负荷，在发动机最大负荷点采集该转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值，采集到的该转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值，即为该转速下的混合气极限击穿电压值。

现有的点火线圈输出电压评估方式，由于在采集一转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值时，发动机的失火情况会发生，失火可能是由于混合气没有被击穿所致，也有可能是火核扩散过程中气流扰动溃灭所致，如果采集到的该转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值正巧对应着混合气没有被击穿的情况，那么采集到的该转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值就是错误的该转速下的混合气极限击穿电压值，因此以采集到的该转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值直接作为该转速下混合气的极限击穿电压值，进行后续的统计分析，就难以对点火线圈输出电压进行精确评估。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，能对点火线圈输出电压进行精确评估。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种点火线圈输出电压评估方法，该方法是将各有效发动机转速下的点火线圈最大输出电压和混合气极限击穿电压对比，如果各有效发动机转速下，点火线圈最大输出电压减去混合气极限击穿电压的差都大于设定电压，则点火线圈输出电压满足发动机点火***要求；

其中，各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压通过以下方式确定：

点火线圈的次级两端分别接试验火花塞的两电极，检测各发动机转速下，在点火过程中的点火线圈点火电压最大值和点火电流；

一发动机转速下，如果点火线圈点火电压最大值所在的点火过程中的点火电流出现反向，则将该发动机转速及所对应点火线圈点火电压最大值作为无效值去除；

以去除了无效值的各发动机转速下的点火线圈点火电压最大值，作为各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压。

较佳的，所述试验火花塞为寿命周期内的极限间隙火花塞。

较佳的，各发动机转速下的点火线圈最大输出电压通过以下方式确定：

点火线圈的次级两端断开同试验火花塞的连接，并分别接一绝缘真空电容的两端，检测得到各发动机转速下的点火线圈最大输出电压。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种点火线圈输出电压评估***，该***包括一试验火花塞、一电压探头、一电流探头、一数据记录仪、一无效值处理单元、一处理器；

所述试验火花塞，两电极用于分别接点火线圈的次级两端；

所述电压探头，在所述试验火花塞两电极分别接点火线圈的次级两端时，用于检测在点火过程中的所述试验火花塞两电极间的电压；

所述电流探头，用于检测在点火过程中的所述试验火花塞一电极到点火线圈次级一端的电流；

所述数据记录仪，用于记录发动机转速、点火过程中的所述试验火花塞两电极间的电压、点火过程中的所述试验火花塞一电极到点火线圈次级一端的电流，以各发动机转速下在点火过程中的所述试验火花塞两极间的最大电压，作为各发动机转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值，输出到所述无效值处理单元，以各发动机转速下在点火过程中的所述试验火花塞一电极到点火线圈次级一端的电流，作为各发动机转速下在点火过程中的点火电流，输出到所述无效值处理单元；

所述无效值处理单元，用于根据各发动机转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值、各发动机转速下在点火过程中的点火电流，得到各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压，输出到所述处理器；

得到各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压的具体方式是：一发动机转速下，如果点火线圈点火电压最大值所在的点火过程中，点火电流出现反向，则将该发动机转速及所对应点火线圈点火电压最大值作为无效值去除；然后以去除了无效值的各发动机转速下的点火线圈点火电压最大值，作为各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压；

所述处理器，用于将各有效发动机转速下的点火线圈最大输出电压和混合气极限击穿电压对比，如果各有效发动机转速下，点火线圈最大输出电压减去混合气极限击穿电压的差都大于设定电压，则输出点火线圈输出电压满足发动机点火***要求信号。

较佳的，所述试验火花塞为寿命周期内的极限间隙火花塞。

较佳的，点火线圈输出电压评估***还包括一绝缘真空电容；

所述绝缘真空电容，用于在所述试验火花塞电极同点火线圈的次级断开连接时，两端分别接点火线圈的次级两端；

所述电压探头，在所述绝缘真空电容两端分别接点火线圈的次级两端时，检测得到所述绝缘真空电容两端间的电压；

所述数据记录仪，还用于记录发动机转速、绝缘真空电容两端间的电压，以各发动机转速下绝缘真空电容两端间的最大电压，作为各发动机转速下的点火线圈最大输出电压，输出到所述处理器。

本发明的点火线圈输出电压评估方法及***，不仅检测各发动机转速下，在点火过程中的点火线圈点火电压最大值，还检测各发动机转速下，在点火过程中的点火电流，将点火过程中的点火线圈点火电压最大值、点火电流和相对应的发动机转速信号通过数据记录仪进行采集并用于后续的统计分析；在后续统计分析中，将点火电流出现反向时所对应的点火线圈点火电压最大值作为无效值去除，以去除了无效值的各发动机转速下的点火线圈点火电压最大值，作为各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压，对点火线圈输出电压的进行评估。本发明的点火线圈输出电压评估方法及***，可以精确识别混合气未被击穿的状态的点火过程，删除其对应的点火线圈点火电压最大值，极大地降低了混合气极限击穿电压采集的错误率，提高了点火线圈输出电压的评估效率和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是各有效发动机转速下的点火线圈最大输出电压、混合气极限击穿电压曲线图；

图2是本发明的点火线圈输出电压评估方法一实施例示意图；

图3是本发明的点火线圈输出电压评估***一实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发 明保护的范围。

实施例一

点火线圈输出电压评估方法，将各有效发动机转速下的点火线圈最大输出电压和混合气极限击穿电压对比，如果各有效发动机转速下，点火线圈最大输出电压减去混合气极限击穿电压的差都大于设定电压，则点火线圈输出电压满足发动机点火***要求，如图1所示，图1中方形色块曲线代表各有效发动机转速下的点火线圈最大输出电压，三角形色块曲线代表各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压。设定电压为经验值，通常在2kV到6kV之间，如可以为2kV、4kV或6kV。

其中，各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压通过以下方式确定，如图2所示：

点火线圈的次级两端分别接试验火花塞的两电极，检测各发动机转速下，在点火过程中的点火线圈点火电压最大值和点火电流；

一发动机转速下，如果点火线圈点火电压最大值所在的点火过程中，点火电流出现反向，则将该发动机转速及所对应点火线圈点火电压最大值作为无效值去除；

以去除了无效值的各发动机转速下的点火线圈点火电压最大值，作为各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压。

较佳的，试验火花塞为寿命周期内的极限间隙火花塞。

实施例二

基于实施例一，各发动机转速下的点火线圈最大输出电压通过以下方式确定：

点火线圈的次级两端断开同试验火花塞的连接，并分别接一绝缘真空电容的两端，检测得到各发动机转速下的点火线圈最大输出电压。

实施例三

如图3所示，点火线圈输出电压评估***，包括一试验火花塞、一电压探头、一电流探头、一数据记录仪、一无效值处理单元、一处理器；

所述试验火花塞，两电极用于分别接点火线圈的次级两端，较佳的，试验火花塞为寿命周期内的极限间隙火花塞；

所述电压探头，在所述试验火花塞两电极分别接点火线圈的次级两端时，用于检测在点火过程中的所述试验火花塞两电极间的电压；

所述电流探头，用于检测在点火过程中的所述试验火花塞一电极到点火线圈次级一端的电流；

所述数据记录仪，用于记录发动机转速、点火过程中的所述试验火花塞两电极间的 电压、点火过程中的所述试验火花塞一电极到点火线圈次级一端的电流，以各发动机转速下在点火过程中的所述试验火花塞两极间的最大电压，作为各发动机转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值，输出到所述无效值处理单元，以各发动机转速下在点火过程中的所述试验火花塞一电极到点火线圈次级一端的电流，作为各发动机转速下在点火过程中的点火电流，输出到所述无效值处理单元；

所述无效值处理单元，用于根据各发动机转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值、各发动机转速下在点火过程中的点火电流，得到各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压，输出到所述处理器；

得到各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压的具体方式是：一发动机转速下，如果点火线圈点火电压最大值所在的点火过程中，点火电流出现反向，则将该发动机转速及所对应点火线圈点火电压最大值作为无效值去除；然后以去除了无效值的各发动机转速下的点火线圈点火电压最大值，作为各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压；

所述处理器，用于将各有效发动机转速下的点火线圈最大输出电压和混合气极限击穿电压对比，如果各有效发动机转速下，点火线圈最大输出电压减去混合气极限击穿电压的差都大于设定电压，则输出点火线圈输出电压满足发动机点火***要求信号；设定电压通常在2kV到6kV之间，如可以为2kV、4kV或6kV。

实施例四

基于实施例三，点火线圈输出电压评估***，还包括一绝缘真空电容；

所述绝缘真空电容，用于在所述试验火花塞电极同点火线圈的次级断开连接时，两端分别接点火线圈的次级两端；

所述电压探头，在所述绝缘真空电容两端分别接点火线圈的次级两端时，检测得到所述绝缘真空电容两端间的电压；

所述数据记录仪，还用于记录发动机转速、绝缘真空电容两端间的电压，以各发动机转速下绝缘真空电容两端间的最大电压，作为各发动机转速下的点火线圈最大输出电压，输出到所述处理器。

本发明的点火线圈输出电压评估方法及***，不仅检测各发动机转速下，在点火过程中的点火线圈点火电压最大值，还检测各发动机转速下，在点火过程中的点火电流，将点火过程中的点火线圈点火电压最大值、点火电流和相对应的发动机转速信号通过数据记录仪进行采集并用于后续的统计分析；在后续统计分析中，将点火电流出现反向时所对应的点火线圈点火电压最大值作为无效值去除，以去除了无效值的各发动机转速下 的点火线圈点火电压最大值，作为各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压，对点火线圈输出电压的进行评估。本发明的点火线圈输出电压评估方法及***，可以精确识别混合气未被击穿的状态的点火过程，删除其对应的点火线圈点火电压最大值，极大地降低了混合气极限击穿电压采集的错误率，提高了点火线圈输出电压的评估效率和准确性。

识别混合气未被击穿的原理如下：

正常点火过程中,混合气击穿时火花塞两电极间隙形成等离子流通道，放电电压达到峰值后迅速衰减至稳定值，放电电流成线性衰减状态并逐步衰减至零；

点火过程中，当混合气未被击穿时(通过气缸内窥镜观察火花塞电极间隙无弧柱)，放电电压波形成半正弦波形，放电电流达到峰值后迅速衰减过零位并出现反向电流；此现象可以解释为点火线圈对火花塞两极电容充电及电容自身的放电过程。放电初始阶段，随着放电电压的增加，大量的自由电子从火花塞电极上释放出来，电流瞬间达到峰值；之后，随着点火线圈输出电压的进一步增大，火花塞侧电极积聚的正电荷数量越来越多，侧电极和点火线圈输出端的电压差开始减小，放电电流逐渐衰减，当输出电压达到最大值时，侧电极和点火线圈输出端的电势基本相等，放电电流衰减到零，充电完毕；随着点火线圈输出电压的降低，侧电极的电势高于点火线圈输出端的电势，此时进入到了电容的放电过程，放电电流开始出现反向；随着输出电压的进一步降低，反向电流逐渐增大；最终随着两极上电荷的释放殆尽，放电电流又衰减到零。

为了进一步验证未击穿状态放电电压和电流成此特性，直接在点火线圈的输出端接入一个绝缘介质真空电容器(电压达到60kV才能被击穿，点火线圈的输出电压最多不超过40kV)，观察未击穿状态下的放电电压和电流波形,可以看出，点火线圈在绝缘真空电容的放电电压和电流波形与实车混合气未击穿状态下的波形完全一致。因此，可以通过放电电流有无反向来可靠识别混合气是否被有效击穿。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种点火线圈输出电压评估方法，其特征在于，将各有效发动机转速下的点火线圈最大输出电压和混合气极限击穿电压对比，如果各有效发动机转速下，点火线圈最大输出电压减去混合气极限击穿电压的差都大于设定电压，则点火线圈输出电压满足发动机点火***要求；

其中，各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压通过以下方式确定：

点火线圈的次级两端分别接试验火花塞的两电极，检测各发动机转速下，在点火过程中的点火线圈点火电压最大值和点火电流；

一发动机转速下，如果点火线圈点火电压最大值所在的点火过程中的点火电流出现反向，则将该发动机转速及所对应点火线圈点火电压最大值作为无效值去除；

以去除了无效值的各发动机转速下的点火线圈点火电压最大值，作为各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压。

2.根据权利要求1所述的点火线圈输出电压评估方法，其特征在于，

所述试验火花塞为寿命周期内的极限间隙火花塞。

3.根据权利要求1所述的点火线圈输出电压评估方法，其特征在于，

各发动机转速下的点火线圈最大输出电压通过以下方式确定：

点火线圈的次级两端断开同试验火花塞的连接，并分别接一绝缘真空电容的两端，检测得到各发动机转速下的点火线圈最大输出电压。

4.根据权利要求1、2或3所述的点火线圈输出电压评估方法，其特征在于，

所述设定电压在2kV到6kV之间。

5.根据权利要求4所述的点火线圈输出电压评估方法，其特征在于，

所述设定电压为2kV、4kV或6kV。

6.一种点火线圈输出电压评估***，其特征在于，包括一试验火花塞、一电压探头、一电流探头、一数据记录仪、一无效值处理单元、一处理器；

所述试验火花塞，两电极用于分别接点火线圈的次级两端；

所述电压探头，在所述试验火花塞两电极分别接点火线圈的次级两端时，用于检测在点火过程中的所述试验火花塞两电极间的电压；

所述电流探头，用于检测在点火过程中的所述试验火花塞一电极到点火线圈次级一端的电流；

所述数据记录仪，用于记录发动机转速、点火过程中的所述试验火花塞两电极间的电压、点火过程中的所述试验火花塞一电极到点火线圈次级一端的电流，以各发动机转 速下在点火过程中的所述试验火花塞两极间的最大电压，作为各发动机转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值，输出到所述无效值处理单元，以各发动机转速下在点火过程中的所述试验火花塞一电极到点火线圈次级一端的电流，作为各发动机转速下在点火过程中的点火电流，输出到所述无效值处理单元；

所述无效值处理单元，用于根据各发动机转速下在点火过程中的点火线圈点火电压最大值、各发动机转速下在点火过程中的点火电流，得到各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压，输出到所述处理器；

得到各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压的具体方式是：一发动机转速下，如果点火线圈点火电压最大值所在的点火过程中，点火电流出现反向，则将该发动机转速及所对应点火线圈点火电压最大值作为无效值去除；然后以去除了无效值的各发动机转速下的点火线圈点火电压最大值，作为各有效发动机转速下的混合气极限击穿电压；

所述处理器，用于将各有效发动机转速下的点火线圈最大输出电压和混合气极限击穿电压对比，如果各有效发动机转速下，点火线圈最大输出电压减去混合气极限击穿电压的差都大于设定电压，则输出点火线圈输出电压满足发动机点火***要求信号。

7.根据权利要求6所述的点火线圈输出电压评估***，其特征在于，

所述试验火花塞为寿命周期内的极限间隙火花塞。

8.根据权利要求6所述的点火线圈输出电压评估***，其特征在于，

点火线圈输出电压评估***还包括一绝缘真空电容；

所述绝缘真空电容，用于在所述试验火花塞电极同点火线圈的次级断开连接时，两端分别接点火线圈的次级两端；

所述电压探头，在所述绝缘真空电容两端分别接点火线圈的次级两端时，检测得到所述绝缘真空电容两端间的电压；

所述数据记录仪，还用于记录发动机转速、绝缘真空电容两端间的电压，以各发动机转速下绝缘真空电容两端间的最大电压，作为各发动机转速下的点火线圈最大输出电压，输出到所述处理器。

9.根据权利要求6、7或8所述的点火线圈输出电压评估***，其特征在于，

所述设定电压在2kV到6kV之间。

10.根据权利要求9所述的点火线圈输出电压评估***，其特征在于，

所述设定电压为2kV、4kV或6kV。