車用發動機點火能量測試系統的製作方法
2023-06-12 00:28:36 1
專利名稱：車用發動機點火能量測試系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種採用穩壓管串(Zener)作為模擬負載，測量應用於 車用發動機的電控點火系統的點火能量，來對點火線圈的性能進行標定。主 要用於對影響點火能量的各種因素進行分析，進而對點火能量進行精確控制， 以降低汙染物的排放，提高點火系統的壽命，屬於內燃機電控領域。
背景技術：
點火系統次級負載是火花塞，當發動機運轉時，火花塞工作在高溫高壓 燃燒室內，條件十分惡劣，使點火能量的直接測量困難重重。火花放電過程 十分複雜，且發動機工況較多，即使在同一工況下，試驗結果也有一定的差 異，所以點火系統試驗時點火能量的測試一般都採用模擬負載，國際上常用
的點火能量測試負載三針放電器負載。
三針放電器負載由主電極和輔助電極組成，是有觸點點火系統常用的次 級放電負載。按照規定，被測點火系統的負載是一臺包含數個三針放電器火 花間隙裝置。每一個火花間隙都可以單獨調整，測試用火花間隙數比分電器 蓋上的旁電極數少一個。三針放電器負載由於在測量擊穿電壓時三針磨損比 較快，易受環境溫度、溼度的影響，可重複性較差。
實用新型內容
本實用新型的目的在於克服了現有的點火能量測試方法的上述缺陷，提 供了一種量化測量電控點火系統的點火能量測試系統，通過該系統可以測試 不同工況下的點火能量，進而對點火線圈的性能進行標定，以精確控制各種 工況下的點火能量，優化發動機的動力性能和排放性能。
為了實現上述目的，本實用新型採取了如下技術方案。本系統包括依次 連接的信號發生器、點火控制系統、點火線圈和模擬負載。所述的模擬負載 包括依次連接的二極體、穩壓管串和電阻，二極體、穩壓管串和電阻與點火 線圈的副邊組成閉合迴路，點火控制系統與點火線圈的原邊連接。信號發生 器提供方波作為發動機的轉速信號，將其傳送給點火控制系統，點火控制系 統通過信號發生器輸入的轉速信號，計算點火正時，輸出點火控制信號給點
3火線圈的原邊，直接控制點火線圈的通斷從而控制點火。點火線圈把電壓從 低壓轉換為高壓，從而擊穿模擬負載中的穩壓管串。PC機與點火控制系統相 連，通過PC機設置點火初級線圈的閉合時間。
所述的點火控制系統包括有處理器和驅動電路，信號發生器與處理電路 相連，處理器通過驅動電路與點火線圈的原邊相連。
點火能量是指發動機點火時消耗在火花塞間隙的能量，是點火系統次級 高壓作用在火花塞電極間隨時間變化的電壓與電流的乘積對時間的積分。點 火能量易受發動機工況的影響，本實用新型以相對穩定的點火線圈次級輸出
的能量來反映點火能量的大小。採用SAE J973-1993標準的推薦做法，用耐 壓200V的5個穩壓管(Zener)串聯在一起，作為次級模擬負載，可以測量初級 線圈斷開時消耗在與次級線圈串聯的穩壓管串上的能量，以此作為評價點火 系統點火能量的重要參數。
穩壓管串負載方法是一種可重複的測量方法，同時可以保證測量數值的 一致性，消除火花塞或三針的RF幹擾。在點火線圈的初級線圈斷開後，次級 線圈對作為火花塞模擬負載的穩壓管串放電，次級電壓迅速上升。當電壓上 升至1000V以上時，穩壓管串開始導通。此後穩壓管串上的電壓恆定保持在 1000V，而次級電流不斷上升，到次級能量釋放完時穩壓管截止。耐高壓二級 管用於抑制反向電壓，起保護作用。
試驗採用信號發生器輸出的方波模擬發動機的轉速信號，因此點火能量 的測量不需要通過發動機臺架試驗。本試驗中，點火控制系統由處理器和驅 動電路組成。處理器根據模擬轉速信號和預先設置的進氣歧管壓力值計算點 火提前角以及點火線圈充電時間，輸出點火控制信號；點火控制信號通過驅 動電路控制點火線圈初級迴路的通斷，從而使次級感應出高壓，擊穿作為模 擬負載的穩壓管串。
通過PC機的控制界面，可以實時監控點火系統的運行參數，以進行實時 控制。為了精確測量點火能量，採取了單次點火的方式。單次點火由監控界 面發送標誌位，進行一次點火之後標誌位自動清零。點火能量的大小主要由 初級線圈的充電時間來控制，可以在控制界面充電時間窗口輸入相應數據發 送至下位機執行；由於發動機起動過程需要較高的點火能量，所以在起動過火之間的時間間隔也可以由PC機控制。 與現有的測試系統相比，本實用新型具有以下優點
1) 系統採用信號發生器產生的方波模擬轉速信號，使點火能量可以脫離 發動機臺架；
2) 採用穩壓管串模擬負載，測量點火線圈次級輸出點火能量，避免了火 花塞的RF幹擾；
3) 使用本系統測量時，由於採用數字示波器測量模擬負載上的電流信號， 避免了 A/D數據採集板的編程工作。
圖1系統的結構簡圖
圖2系統的電源電路圖
圖3單片機及外圍電路
圖4 MAX232及外圍電路圖
圖5點火驅動電路圖
圖6模擬負載電路圖具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一歩說明
圖l為系統的結構圖。主要由PC機、信號發生器、點火控制系統、點火 線圈、模擬負載、數字示波器等組成。其中，PC機提供控制界面，可以隨時 調整點火初級線圈的閉合時間和多次點火之間的時間間隙，信號發生器提供 方波作為發動機的轉速信號，使試驗可以脫離發動機臺架。電控點火系統包 括單片機和驅動電路兩個部分，其中單片機通過輸入的轉速信號，計算點火 正時，輸出點火控制信號，驅動電路處理單片機輸出的控制信號，直接控制 初級點火線圈的通斷從而控制點火。點火線圈把電壓從低壓轉換為高壓，從 而可以擊穿穩壓管串；在初級線圈斷開後，次級線圈對作為火花塞模擬負載 的穩壓管串放電，次級電壓迅速上升，當電壓上升至1000V以上時，穩壓管 串開始導通；此後穩壓管串上的電壓恆定保持在1000V,而次級電流不斷上 升，到次級能量釋放完時穩壓管截止。耐高壓二級管用於抑制反向電壓，起 保護作用。採樣數字示波器採集模擬負載上的電流信號。通過對模擬負載兩端的電壓信號和電流信號對時間積分，可以得到點火能量的量化值。
點火控制系統由單片機及其外圍電路、驅動電路組成。圖2為單片機的
電源電路，採用電源轉化模塊LM7809和LM7805，把12V電源轉變為5V， 為單片機提供電源；二極體D1用來穩壓，消除幹擾，電容C1、 C2為去耦電容。
單片機為點火控制系統的核心部分，圖3為單片機的外圍電路及輸入信 號。電感L1的一端分別接單片機U1的供電管腳VCC和電容C3的正極，電 感Ll的另一端分別接電容C4的正極和單片機Ul的參考電壓管腳AVCC。電 容C3的負極接地，電容C4的負極接地。電容El的正極分別接E2的正極和 單片機Ul的AREF管腳，電容El的負極接地，電容E2的負極接地。模擬 轉速信號輸入單片機Ul的PBO管腳，
點火控制系統與PC機通過串口進行通訊，圖4為通訊部分的電路圖。， 單片機Ul的PDO (RXD)管腳接MAX232的R20UT管腳，單片機Ul的 PD1 (TXD)管腳接MAX232的T2IN管腳，電容C5的正極接MAX232的 CI+管腳，電容C5的負極接MAX232的CI-管腳，電容C6的正極接MAX232 的V+管腳，電容C6的負極接5V電源，電容C7的正極接地，電容C7的負 極接MAX232的V-管腳，電容C8的正極接5V電源，負極接地，電容C9的 正極接MAX232的C2+管腦卩，電容C9的負極接MAX232的C2-管腳。MAX232 的T20UT管腳接DB9插座的6管腳，MAX232的R2IN管腳接DB9插座的 7管腳，MAX232的GND管腳接DB9插座的5管腳。DB9插座通過延長線 與上位機連接。
單片機輸出的控制信號輸入驅動電路，控制點火線圈初級的通斷。圖5 為驅動電路，單片機U1的PD6埠輸出點火信號FR到數字電路模塊74F06 的輸入管腳，74F06的輸出管腳分別接電阻R1的一端和三極體A1的基極。 電阻R1的另一端接5V電源。三極體A1的發射極分別接電阻R2的一端和場 效應管Q1的柵極。電阻R2的另一端接12V電源。三極體Al的發射極接地。 場效應管Ql的漏極接點火線圈Tl的初級邊，場效應管Ql的漏極接地。
能量測試需要通過模擬負載。圖6為點火測試系統的模擬負載。點火線 圈Tl次級邊的輸出接二極體D2的負極，二極體D2的正極接穩壓管Zl的正
6極，穩壓管Zl的負極接穩壓管Z2的正極，穩壓管Z2的負極接穩壓管Z3的 正極，穩壓管Z3的負極接穩壓管Z4的正極，穩壓管Z4的負極接穩壓管Z5 的正極，穩壓管Z5的負極接電阻R2的一端，電阻R2的另一端接地。數字 示波器TPO4000採集信號時接採樣電阻的兩端。
點火初級線圈斷開時，次級線圈感應出高壓，迅速上升至1000V，擊穿穩 壓管串，次級電壓穩定在1000V，而電流不斷增大，直至能量完全消耗在穩壓 管串上。採樣電阻串聯在穩壓管串上，採用數字示波器採集採樣電阻兩端的 電壓信號，經過計算，可以得到通過穩壓管串的電流信號。對穩壓管串兩端 的電流和電壓進行積分運算，即可得到消耗在穩壓管串上的能量，也就是點 火線圈次級的輸出能量。
權利要求1、車用發動機點火能量測試系統，其特徵在於包括依次連接的信號發生器、點火控制系統、點火線圈和模擬負載、以及PC機；所述的模擬負載包括依次連接的二極體、穩壓管串和電阻，二極體、穩壓管串和電阻與點火線圈的副邊組成閉合迴路，點火控制系統與點火線圈的原邊連接；信號發生器提供方波作為發動機的轉速信號，將其傳送給點火控制系統，點火控制系統通過信號發生器輸入的轉速信號，計算點火正時，輸出點火控制信號給點火線圈的原邊，直接控制點火線圈的通斷從而控制點火；點火線圈把電壓從低壓轉換為高壓，從而擊穿模擬負載中的穩壓管串；PC機與點火控制系統相連，通過PC機設置點火初級線圈的閉合時間。
2、 根據權利要求1所述的車用發動機點火能量測試系統，其特徵在於所述 的點火控制系統包括有處理器和驅動電路，信號發生器與處理電路相連，處 理器通過驅動電路與點火線圈的原邊相連。
專利摘要本實用新型是一種採用穩壓管串作為模擬負載的點火能量測試系統，屬於內燃機電控領域。主要由PC機、信號發生器、電控點火系統、點火線圈、模擬負載、數字示波器等組成。其中，PC機提供控制界面，可以隨時調整點火初級線圈的閉合時間和多次點火之間的時間間隙；信號發生器提供方波作為發動機的轉速信號，使試驗可以脫離發動機臺架；電控點火系統通過輸入的轉速信號控制初級線圈的通斷；點火線圈把電壓從低壓轉換為高壓，從而可以擊穿模擬負載；數字示波器採集模擬負載上的電流信號。通過對模擬負載兩端的電壓信號和電流信號的乘積對時間積分，可以得到點火能量的量化值。
文檔編號F02P17/12GK201367972SQ200920106150
公開日2009年12月23日 申請日期2009年3月13日 優先權日2009年3月13日
發明者凱 劉, 張紅光, 王道靜, 白小磊 申請人:北京工業大學