點火系統控制方法和系統的製作方法
2023-11-06 02:50:27
專利名稱：點火系統控制方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種監視點火系統的方法，其中點火系統包含充電線圈和控制單元。本發明還涉及點火系統的控制系統。
背景技術：
在點火系統的領域內，一般需要良好和可靠的性能，以便以成本和能量高效的方式向內燃機提供點火。但是，問題在於如何收集與系統的性能有關的信息，因為除了別的以外，測量像傳 統系統的充電線圈或觸發線圈上的磁通量那樣的特性的任何嘗試都會受到由火花生成引起的幹擾。在像，例如，SE0600752-0所示那樣，將充電線圈周期性短路以便提高充電電容器的充電能力的情況下，這個過程也在點火系統中造成對磁通量的嚴重幹擾。因此，難以收集足夠的信息來成功監視和控制點火系統，結果是，像例如在發動機高度壓縮期間那樣，可以在不適當位置或方向產生火花。此外，牽涉到預期從點火系統中檢測火花的傳感器等的外部系統也將遭受這些幹擾，導致性能下降，甚至損害系統。對於使用雙杆橋式飛輪的點火系統，問題特別嚴重，因為與使用單杆橋式飛輪(single pole bridge fly wheel)的系統相比，根據不正確信息在錯誤時間產生火花的風險增大了。因此，顯然需要一種可以監視和控制點火系統的性能以及不幹擾正常點火系統功能地消除不希望的火花產生的風險的點火控制系統。
發明內容
本發明的目的是消除或至少最大程度地緩解上述問題。這是通過按照權利要求I的前序部分所述的方法實現的，其中該方法包含如下步驟配備與充電線圈、初級線圈或次級線圈的至少一個相鄰的單獨線圈；使用控制單元監視所述單獨線圈上的磁通量；以及將與所述磁通量有關的信息作為輸入用於控制點火系統的至少一種工作特性。從而，可以在降低可在點火系統的一些工作階段中在線圈上引起測量幹擾的風險的同時，以可靠方式監視產生或改變磁通量時這些線圈的性能。由於在單獨線圈上測量磁通量，所以可以監視充電線圈上的電流生成，以及在初級線圈和次級線圈上產生火花的過程。由於在未參與充電和火花產生的單獨線圈上進行測量，所以可以避免否則與在這些線圈的任一個上或在觸發線圈上進行測量相聯繫的缺點，即，對用在這些線圈的任何一個或所有線圈上的鐵芯上或周圍的磁場的幹擾的產生，並且可以顯著提高收集數據的可靠性。尤其有益的是通過分析磁通量檢測飛輪的旋轉方向。按照本發明的一個方面，所述點火系統進一步包含觸發線圈，和所述方法包含將與觸發線圈上的磁通量有關的信息同所述單獨線圈上的磁通量的信息一起作為輸入用於控制點火系統的至少一種工作特性。從而，可以在降低可在點火系統的一些工作階段中在線圈上引起測量幹擾的風險的同時，通過比較所述單獨線圈和所述觸發線圈上的磁通量，以可靠方式監視產生或改變磁通量時這些線圈的性能。
尤其有益的是，在必須密切監視點火系統的性能的階段中，譬如，當較慢速地(SP，飛輪的rpm速度較低地)使用系統時，或當使用了點火系統的發動機因高度壓縮而跳動時，將單獨線圈用於測量。如果在錯誤點火時間發出火花，或當飛輪沿著錯誤方向旋轉時，存在發動機將逆火的巨大風險，其後果是對硬體造成損害或甚至對人員造成傷害。藉助於本發明，可以確定帶有一個或多個磁體的飛輪的速度和位置，並且可以顯著降低在非所希望時間發出火花的風險。
現在參考附圖更詳細地描述本發明，在附圖中圖I示出了按照本發明優選實施例的點火系統的電路圖；圖2a示出了點火系統的一個優選實施例的透視圖；圖2b示出了從側面看過去的圖2a的優選實施例的單獨線圈的示意圖，和圖2c示出了在任一側上都示出其它線圈、從下面看過去的圖2b的單獨線圈的示意圖。圖3a示出了描述飛輪沿著適當方向以IOOOrpm的速度旋轉感應的磁通量的信號的曲線圖。圖3a示出了描述飛輪沿著不適當方向以IOOOrpm的速度旋轉感應的磁通量的信 號的曲線圖。
具體實施例方式圖I示出了按照本發明的優選實施例修改的傳統點火系統的電路圖。帶有四個傳統排列線圈LI、L2、L4和L5的鐵芯Tl被安排成通過隨著鐵芯Tl附近的飛輪(未示出)旋轉的至少一個磁體磁化。第一線圈LI是充電線圈，被安排成感應可以用於產生火花的電壓，為了這個目的，使充電線圈LI在一端2上與地連接，而在另一端I上經由整流器Dl與充電電容器Cl連接。線圈L4和L5分別是初級和次級線圈，被安排成用作變壓器和生成到火花塞S Pl的點火電壓。這是通過使初級線圈L4在一端3上與充電電容器C I連接而在另一端4上接地，同時使次級線圈L5在一端5上接地而在另一端6上與火花塞SPl連接實現的。控制單元Ml可以經由在Outl上輸出的脈衝打開晶閘管Q1，然後使充電電容器Cl喪失充電電壓，因此由於經由初級線圈L4中的感應磁場，在初級線圈L5中產生高壓脈衝。第四線圈是觸發線圈L2，在一端7上與地連接而在另一端8上經由連接端Inl與控制單元Ml連接，並從這個觸發線圈L2中可以發送與飛輪的位置和轉速有關的信息。但是，由於其在鐵芯Tl上的位置，這個信息受到可能在點火系統工作期間，尤其在產生火花的時候引起的某些幹擾，因此，來自所述觸發線圈L2的信息總是不可靠的。 按照本發明，將第五線圈，即，單獨線圈L3配備在線圈LI、L2、L4、L5附近，但不安裝在鐵芯Tl上。所述單獨線圈L3在一端10上經由連接端In2與控制單元Ml連接，而在另一端9上與地連接。將單獨線圈L3安排成單獨磁路，以避免來自包含線圈L1、L2、L4和L5的電路的幹擾。圖2a示出了本發明的優選實施例，其中可以看到線圈LI和L2被安裝在與線圈L4、L5相同的鐵芯Tl上，且電容器Cl放置在它們之間。將單獨線圈L3安裝在其它線圈之間，並安排成與飛輪接近，飛輪以這樣的方式安排即，使一個或多個磁體接近這個線圈L3地通過，以便飛輪產生的磁通量的任何變化都可以被線圈3儘可能精確地檢測到。有利的是使單獨線圈L3具有基本上大於高度h的寬度w和長度I (顯示在圖2b和2c中)，以便使磁通量的測量儘可能精確，並且還能夠將線圈L3放置成使得通過將它的上側放置成與鄰近線圈的端部相鄰或在鄰近線圈的端部下面而引起閃絡的風險的最小。如果線圈L3的寬度w和長度I足夠小，使得飛輪的一個或多個磁體大到掠過時足以覆蓋線圈L3呈現的表面也是有利的。鐵芯Tl可以是具有兩個基本平行延伸部分的U形，以便將所述充電線圈LI和觸發線圈L2安裝在所述部分之一上，而將所述初級和次級線圈L4、L5安裝在另一部分上，並且其中將單獨線圈L3安裝在所述延伸部分之間的空間中。藉助於這種配置，可以緊靠飛輪地放置單獨線圈L3，不會使其它線圈LI、L2、L4、L5的任一個失去這種緊密性地使單獨線圈L3精確檢測磁通量的任何起伏，從而為所有線圈創造對電容器Cl充電和使初級和次級線圈L4、L5起作用的最佳條件，用於在火花塞SPl上產生火花和在觸發線圈L2和單獨線圈L3上產生信號作為控制單元Ml控制點火系統工作的輸入。 在點火系統工作期間，通過隨著飛輪的旋轉周期性生成通過整流器Dl的電流的充電線圈LI對充電電容器Cl充電。當想把點火電壓輸送給火花塞SPl以便產生火花時，通過控制單元Ml的輸出OUTl激活晶閘管Ql的柵極，使充電電容器Cl與地連接，以便讓電流流過。其結果是，電容器Cl上的電壓突然下降，從而在初級線圈L4上產生磁通量，該磁通量在次級線圈L5中被轉換成電壓脈衝，並且在短時間內將必要電壓輸送給火花塞SPl以便產生火花。在充電電容器Cl上的電壓初始突然下降之後，出現阻尼振蕩，使電容器Cl返回到它可以再次通過充電線圈LI充電的中性狀態，以便下一次需要點火時再次啟動該過程。來自控制單元Ml的信號產生火花的定時在傳統點火系統中取決於可以通過測量觸發線圈L2中的磁通量收集的有關飛輪的位置和轉速的信息。但是，這要受到圍繞鐵芯的磁場的起伏引起的相當大幹擾，尤其在產生火花和磁場突然變化時。因此，當試圖確定產生火花的最佳時間時，尤其在低速(飛輪較緩慢旋轉)工作或點火系統輸送火花的發動機因高度壓縮而跳動的時候，難以分析來自觸發線圈L2的數據。在這些時候，存在在不適當時間產生火花的風險，這可能極大地降低點火系統和發動機的總體工作效率。為了克服這個問題，測量單獨線圈L3中的磁通量，將它作為輸入經由連接端In2用於控制單元Ml。由於單獨線圈L3的位置遠離鐵芯，所以產生火花時起伏的影響顯著降低，並可以獲得有關飛輪的速度和位置的更可靠和詳細信息。根據這個附加信息，可以顯示改善產生火花的定時，並且獲得有關飛輪的速度和旋轉方向的知識等。因此可以避免儘管條件不合適但發出火花的狀況。在圖3a中，示出了來自單獨線圈L3的第一信號SI以及來自觸發線圈L2的第二信號S2，它們對應於飛輪沿著適合在點火系統中產生火花的方向以IOOOrpm旋轉期間這些線圈L2、L3上的磁通量。第三信號S3示出了指示雙杆橋的帶有主導北端磁體的飛輪通過的波峰31。隨著飛輪通過線圈，形成第一信號的第一峰11和第二信號的第一峰21，一段時間之後接著形成第一信號的第二峰12和第二信號的第二峰22。通過比較每個信號的第一和第二峰11、12、21、22的振幅，可以確定飛輪的方向，通過測量在第一和第二峰11、12、21、22之間經過的時間，也可以測量飛輪的速度。在圖3b中，示出了第一信號SI'和第二信號S2'，以及隨著帶有主導南端磁體的飛輪通過示出波峰31'的第三信號S3'。通過將圖3a的第二信號S2與圖3b的第二信號S2,相比較可以看出，由於圖3a的第一和第二峰21、22的振幅類似於圖3b的第一和第二峰21'、22'，所以難以檢測飛輪沿著適當方向(圖3a所示)和不適當方向(圖3b所示)旋轉時來自觸發線圈L2的信號的變化。它們相對於第三信號S3所示的磁體通過的位置也非常相似。但是，對於來自單獨線圈L3的第一信號S1、S1'，第一峰11的振幅顯著大於圖3a的第二峰12的振幅。對於圖3b的第一和第二峰11'、12'，反過來 也成立，即第二峰12'在振幅上顯著大於第一峰11'。這取決於與北端相比，當受飛輪的主導南端磁體支配時相反的單獨線圈L3的極性。由於單獨線圈L3產生的單獨磁路基本上獨立於充電線圈LI、觸發線圈L2、初級和次級線圈L4、L5產生的磁路，所以第一信號SI也比第二信號S2更可靠，因為點火系統的其它部分中的磁起伏對單獨線圈L3的影響小得多。按照本發明的分析可以只使用來自單獨線圈L3的第一信號SI來進行。對於改進的和更詳細的結果，如本文所述，可以使用像信號SI和S2兩者的峰值的振幅和位置那樣的信息。霍爾效應傳感器可以用作單獨線圈(L3)並且可能是有利的，因為可以非常精確地檢測磁通量，尤其在低能時。但是，這個部件比可以成本非常划算地製造的和用在本發明上的傳統線圈更昂貴。單獨線圈L3可以輸送給控制單元Ml的有關磁通量的信息在可替代實施例中也可以由包含光學傳感器的傳感器系統給出，光學傳感器用於檢測飛輪的每個磁體的位置。從而，以及通過在控制單元Ml上進行一系列計算，可以以與上述優選實施例給出的精度接近的精度確定火花的定時。在可替代實施例中，觸發線圈L2可以獨自或與單獨線圈L3 —起用作定時基準。如上所述，這樣的實施例存在與信號中的噪聲有關的缺點，但是，這可以通過同時測量L2上的許多定時脈衝，隨後將那些時間相互比較從而得出結論來解決。因此，可以使用觸發線圈L2來進一步保持單獨線圈L3的功能，其中所述觸發線圈L2檢測的磁通量可以向控制單元Ml提供附加信息，這樣就可以建立可以以有效方式控制點火系統中火花的產生的穩定系統。本領域的普通技術人員容易理解，本發明不應該被視為受上述優選實施例限制，而是可以在所附權利要求書的範圍內加以改變。例如，可以將帶有一個或兩個磁體的飛輪用在本發明上，以及單獨線圈可以是，例如，扼流圈或霍爾效應傳感器。
權利要求
1.一種監視點火系統的方法，其中所述點火系統包含對所述點火系統充電的充電線圈(LI)、初級線圈(L4)和次級線圈(L5)、和控制單元(Ml)，所述初級和次級線圈(L4，L5)被安排成生成產生火花的電壓，其特徵在於如下步驟 a)配備與充電線圈(LI)、初級線圈(L4)和次級線圈(L5)的至少一個相鄰的單獨線圈(L3)； b)使用控制單元(Ml)監視所述單獨線圈(L3)上的磁通量；以及 c)將與所述磁通量有關的信息作為輸入用於控制所述點火系統的至少一種工作特性。
2.按照權利要求I所述的方法，其中所述點火系統進一步包含觸發線圈(L2)和所述方法包含如下步驟 d)將與所述觸發線圈(L2)上的磁通量有關的信息同步驟c)的信息一起作為輸入用於控制所述點火系統的至少一種工作特性。
3.按照權利要求I或2所述的方法，其中所述特性是在所述點火系統中產生火花的定時。
4.按照權利要求I、2或3所述的方法，其中所述點火系統進一步包含飛輪，和所述特性是在安全模式下的工作，其中將與所述飛輪有關的特性作為輸入用於所述安全模式。
5.按照權利要求4所述的方法，其中所述特性是所述飛輪的旋轉方向。
6.按照權利要求4所述的方法，其中所述特性是所述飛輪的速度。
7.按照權利要求1-6的任何一項所述的方法，其中所述單獨線圈(L3)是霍爾效應傳感器。
8.一種用於點火系統的控制系統，所述點火系統包含充電線圈(LI)，其特徵在於，所述系統進一步包含安排成暴露在所述充電線圈(LI)附近的磁場中的單獨線圈(L3)、和安排成收集與所述單獨線圈(L3)中的磁通量有關的信息的控制單元(Ml)。
9.按照權利要求8所述的控制系統，所述點火系統進一步包含觸發線圈(L2)，其中所述控制單元(Ml)被安排成收集與所述觸發線圈(L2)中的磁通量有關的信息。
10.按照權利要求8或9所述的控制系統，其中所述控制單元(Ml)被安排成使所述點火系統可以在根據從所述單獨線圈(L3)和所述觸發線圈(L2)收集的信息而確定的時間上產生火花。
11.按照權利要求8、9或10所述的控制系統，其中所述充電線圈(LI)和所述觸發線圈(L2)被安裝在鐵芯(Tl)上，且其中所述系統進一步包含安裝在相同鐵芯(Tl)上的初級線圈(L4)和次級線圈(L5)，以及其中所述單獨線圈(L3)被安裝成與所述鐵芯(Tl)相鄰。
12.按照權利要求11所述的控制系統，其中所述鐵芯(Tl)是具有兩個基本平行延伸部分的U形，以便將所述充電線圈(LI)和所述觸發線圈(L2)安裝在所述部分之一上，而將所述初級和次級線圈(L4，L5)安裝在另一部分上，並且其中將所述單獨線圈(L3)安裝在所述延伸部分之間的空間中。
13.按照權利要求8-12的任何一項所述的控制系統，其中所述點火系統還包含在所述充電線圈(LI)上產生磁通量的飛輪，以及其中所述控制單元(Ml)收集有關所述飛輪的狀態的信息，並將這個信息用於控制所述點火系統的工作。
14.按照權利要求13所述的控制系統，其中所述飛輪的所述信息包含與所述飛輪的速度或旋轉方向有關的信息。
15.按照權利要求8-14的任何一項所述的控制系統，其中所述控制單元(Ml)被安排成保證所述點火系統的工作，以便只有在所述控制單元(Ml)認為所述系統的狀態有益於產生火花的時候產生火花。
16.按照權利要求8-15的任何一項所述的控制系統，其中所述單獨線圈(L3)是霍爾效應傳感器。
全文摘要
本發明涉及一種監視點火系統的方法，其中所述點火系統包含對所述點火系統充電的充電線圈(L1)、初級線圈(L4)和次級線圈(L5)、和控制單元(M1)，所述初級和次級線圈(L4，L5)被安排成生成產生火花的電壓，其特徵在於如下步驟a)配備與充電線圈(L1)、初級線圈(L4)和次級線圈(L5)的至少一個相鄰的單獨線圈(L3)；b)使用控制單元(M1)監視所述單獨線圈(L3)上的磁通量；以及c)將與所述磁通量有關的信息作為輸入用於控制所述點火系統的至少一種工作特性。本發明還涉及用於點火系統的控制系統。
文檔編號F02P5/04GK102782308SQ201080060699
公開日2012年11月14日 申請日期2010年11月8日 優先權日2009年11月6日
發明者J.奧爾森, T.奧爾森 申請人:Sem股份公司