本發(fā)明涉及一種火花塞變壓器電路以及一種離子電流測量方法。

背景技術(shù)：

為了在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中點(diǎn)燃燃料，通過在火花塞的電極之間施加高壓來產(chǎn)生電弧放電。如果沒有電弧放電點(diǎn)燃，則通過施加稍低的電壓，能夠測量在火花塞的電極之間的氣體混合物的電導(dǎo)率。此類離子電流測量使得能夠獲得與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室有關(guān)的有價(jià)值信息。美國專利US5866808以及德國公布文件DE3934310A1公開了能用于離子電流測量的點(diǎn)火系統(tǒng)。

這種類型的點(diǎn)火系統(tǒng)由火花塞以及變壓器電路組成，變壓器電路通過變壓器從初級電壓中產(chǎn)生超過10kV的次級電壓，初級電壓一般為車輛的車載系統(tǒng)電壓。當(dāng)將初級電壓施加到變壓器時(shí)，在其中的次級電壓側(cè)立即產(chǎn)生強(qiáng)磁場變化，使得在火花塞的電極中感應(yīng)出電壓。在某些情況下，這可能已經(jīng)導(dǎo)致電弧放電，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的混合物發(fā)生不希望的過早點(diǎn)火。為了防止這種情況，現(xiàn)代點(diǎn)火系統(tǒng)通常配有導(dǎo)通火花抑制二極管(switch-on spark suppression diode)，其設(shè)置在火花塞和變壓器之間。該導(dǎo)通火花抑制二極管阻擋通過啟動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)(即施加初級電壓)引起的次級電流，并且防止在火花塞的電極處產(chǎn)生過早電壓增加。

包括導(dǎo)通火花抑制二極管并且允許離子電流測量的點(diǎn)火系統(tǒng)的問題在于，車輛的車載系統(tǒng)電壓不足以用于離子電流測量，這是因?yàn)槿剂鲜覂?nèi)含物具有較高的電阻，更確切地說，需要更高的電壓，通常約100V或更高。在沒有導(dǎo)通火花抑制二極管的點(diǎn)火系統(tǒng)中由電容器輸送離子電流測量電壓，該電容器通過變壓器電路的次級電壓進(jìn)行充電，同時(shí)在火花塞處施加次級電壓。相應(yīng)的電路在圖1中示出。電弧放電熄滅后，電容器通過在火花塞的電極之間流動(dòng)的離子電流的方式進(jìn)行放電。通過使用該電路，能夠以電阻器上的壓降來測量離子電流。這種電路中的電容器放電電流朝與同一電路的充電電流相反的方向流經(jīng)火花塞，這使得產(chǎn)生火花塞的電弧放電。因此，導(dǎo)通火花抑制二極管會阻擋電容器的放電電流，并且因此同樣會阻擋離子電流放電。

本質(zhì)上，通過進(jìn)一步的變壓器，能夠從車載系統(tǒng)電壓中產(chǎn)生用于離子電流測量的電壓。然而，其可行性非常復(fù)雜，因此不可能得到普及。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種方式，使導(dǎo)通火花抑制二極管的優(yōu)點(diǎn)能經(jīng)濟(jì)有效地與離子電流測量的選擇組合。

該目的通過具有權(quán)利要求1中所述特征的變壓器電路以及根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有益改進(jìn)是從屬權(quán)利要求的主題。

根據(jù)本發(fā)明，由變壓器電路的變壓器所產(chǎn)生的次級電壓用于對電容器充電，所述電容器設(shè)置在串聯(lián)連接至變壓器的次級側(cè)的回路中。因此，所述回路由第一支路以及第二支路組成，所述第一支路從分支點(diǎn)通向電容器的第一側(cè)，所述第二支路從分支點(diǎn)通向電容器的第二側(cè)。因此，所述電容器的兩側(cè)均連接至變壓器的次級側(cè)的相同端部。電流能流經(jīng)所述第一支路，用于對所述電容器進(jìn)行充電，以及能流經(jīng)所述第二支路，用于放電。在所述變壓器的次級側(cè)上，所述電容器的充電電流以及放電電流因此具有相同的方向，因而均能流經(jīng)設(shè)置在所述火花塞和變壓器的次級側(cè)之間的導(dǎo)通火花抑制二極管。

為了防止所述電容器過早放電，所述回路的第一支路和第二支路可包括二極管，兩個(gè)支路中的二極管反向設(shè)置，從而確保只有充電電流流經(jīng)其中一個(gè)支路，以及只有放電電流流經(jīng)另一支路。然而，其中一個(gè)二極管或兩個(gè)二極管還能被一開關(guān)代替，所述開關(guān)僅在電流應(yīng)當(dāng)流經(jīng)相關(guān)支路時(shí)關(guān)閉。通過這種方式，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)充電電流只流經(jīng)回路中的其中一個(gè)支路，而放電電流只流經(jīng)回路中的另一支路。

在電弧放電熄滅后，所述回路中的電容器輸送用于離子電流的電荷。在這種情形下，存儲在所述電容器中的電荷能夠直接用于離子電流，該離子電流接著作為電容器的放電電流流動(dòng)。不同的選擇包括使用所述電容器對第二電容器進(jìn)行充電，第二電容器接著饋送離子電流。在這種情形中，能同時(shí)通過第一電容器以及通過第二電容器饋送離子電流。由于第二容器的電荷源自于第一電容器，當(dāng)使用第二電容器時(shí)，離子電流的電荷同樣最終由第一電容器輸送。

第二電容器能夠設(shè)置在從回路的第一支路中分支形成并且通向接地端的電路支路中。在該電路支路中，能夠設(shè)置測量電阻器，其串聯(lián)連接至第二電容器。比起設(shè)置在回路第二支路中的電阻器，能夠在該類型的測量電阻器處以更少支出來測量正比于離子電流的壓降。

本發(fā)明的有利改進(jìn)在于，在離子電流流經(jīng)的回路第二支路中設(shè)置電阻器，例如10kΩ或更大，尤其是100kΩ至1MΩ的電阻器。這個(gè)電阻確保了充電電流首先流經(jīng)回路的第一支路。

當(dāng)在本發(fā)明的上下文中提到二極管或二極管的擊穿電壓，其中也應(yīng)當(dāng)包括二極管級聯(lián)，即，多個(gè)串聯(lián)連接的二極管，其作為一個(gè)整體自然具有比單個(gè)二極管更高的擊穿電壓。

附圖說明

本發(fā)明進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和優(yōu)勢將參考附圖根據(jù)說明性的實(shí)施例進(jìn)行說明。附圖中：

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的電路圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的變壓器實(shí)施例的電路圖；

圖3示出了在圖2中示出的電路圖，該圖具有在火花塞的電弧放電期間流動(dòng)的電流路徑；

圖4示出了在圖2中示出的電路圖，該圖具有在電弧放電之后流動(dòng)的電流路徑；以及

圖5示出了在圖2中示出的電路圖，該圖具有離子電流的路徑。

具體實(shí)施方式

圖2中的變壓器電路具有通過變壓器1耦合的初級電路以及次級電路。初級電路包括用于初級電壓源2(例如車載電池)的連接器、變壓器1的初級側(cè)1a以及開關(guān)3(例如晶體管開關(guān))。當(dāng)開關(guān)3閉合時(shí)，初級電流流經(jīng)變壓器1的初級側(cè)1a，結(jié)果在變壓器1的次級側(cè)1b中感應(yīng)出次級電壓。初級側(cè)1a以及次級側(cè)1b能夠構(gòu)造為通過變壓器1的芯耦合的線圈。

在次級電路中，變壓器1的次級側(cè)1b串聯(lián)連接至導(dǎo)通火花抑制二極管4以及用于火花塞5的連接器，以便次級電壓在火花塞5的電極之間產(chǎn)生電弧放電。圖3繪出了當(dāng)電弧放電點(diǎn)燃時(shí)流動(dòng)的次級電流的基本路徑。

由齊納二極管7橋接的電容器6串聯(lián)連接至變壓器1的次級側(cè)1b。如圖所示，變壓器1的次級側(cè)1b設(shè)置在電容器6和用于火花塞5的連接器之間。在每種情形中，電容器6以及用于火花塞5的連接器均設(shè)置在接地端和變壓器1的次級側(cè)1b之間。

電容器6設(shè)置在由第一支路以及第二支路組成的回路中，第一支路具有第一電路元件8，例如二極管，第二支路具有第二電路元件9，例如二極管。例如10kΩ或更大的電阻器10能夠額外地設(shè)置在第二支路中。電容器6的兩側(cè)通過該回路串聯(lián)連接至變壓器1的次級側(cè)1b的相同端部。在這種情形中，電路元件8、9以這樣的方式設(shè)置，即，只有電容器6的充電電流才能流經(jīng)第一電路元件8，只有電容器6的放電電流才能流經(jīng)第二電路元件9。電路元件8、9可相應(yīng)地為彼此反向設(shè)置的受控晶體管開關(guān)或二極管。

如果電弧放電在火花塞5中點(diǎn)燃，則因此使電容器6充電達(dá)到齊納二極管7的擊穿電壓。之后，電弧放電的電流流經(jīng)齊納二極管7。

從電容器6和次級電路元件9之間的回路第二支路中分支形成一電路支路，該電路支路通向接地端并且包含二極管11或不同電路元件，所述二極管11或不同電路元件只允許電流朝次級電流在電弧放電期間的方向流通。

此外，在次級電路元件9背向電容器6一側(cè)，能夠從該回路的第二支路中分支形成進(jìn)一步的電路支路，在該電路支路中，設(shè)置第二電容器12以及與第二電容器12串聯(lián)連接的測量電阻器13。進(jìn)一步的電路支路同樣通向接地端。

該回路的第一支路能夠經(jīng)由晶體管開關(guān)18連接至在第一電路元件8和電容器6之間的電壓源，例如車載電池。晶體管開關(guān)18以這樣的方式控制，即，當(dāng)電弧放電點(diǎn)燃時(shí)打開晶體管開關(guān)18。

在電弧放電熄滅后，關(guān)閉晶體管開關(guān)18，以進(jìn)行離子電流測量。為此，能夠通過控制信號來驅(qū)動(dòng)晶體管開關(guān)18，該控制信號的值表示是否將初級電壓施加在變壓器1的初級側(cè)1a上。如圖2所示，能夠使用運(yùn)算放大器14來產(chǎn)生這種類型的控制信號，運(yùn)算放大器14檢測晶體管開關(guān)3處(例如，其連接器處)的電位。另一種選擇包括估算開關(guān)3的控制信號。

當(dāng)變壓器電路的初級電路為開路時(shí)，初級電流停止，因此不再在變壓器1的次級側(cè)1b中感應(yīng)出次級電壓，使得火花塞5的電弧放電熄滅。在所示的變壓器電路中，接著閉合晶體管開關(guān)11，以便通過電阻器15將電壓源施加在電容器6上。電容器6接著對第二電容器12進(jìn)行充電，如在圖4中以簡化的方式所示。為了對第二電容器12進(jìn)行充電12，將電容器6經(jīng)由電阻器15連接至電壓源并非絕對必要的。除了連接至電壓源，電容器6還能連接至接地端，因?yàn)闊o論怎樣，車載電池的電壓都比電容器6的充電電壓(超過100V)小得多。

這樣一來，在第二電容器12的充電期間，與第二電容器12串聯(lián)連接的測量電阻器13或者檢測測量電阻器13處的壓降的電壓測量裝置并沒有多余地加載，測量電阻器13能由允許充電電流通過的二極管16橋接。第二電容器12能由齊納二極管17橋接，使得其只能被充電至齊納二極管17的擊穿電壓。

在一個(gè)充電周期過后，能夠再次打開晶體管開關(guān)18，以進(jìn)行離子電流測量，該充電周期例如只有1至10ms，因此能夠在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中進(jìn)行。替代地，晶體管開關(guān)18還能保持關(guān)閉，直到下一個(gè)電弧放電，因?yàn)榈诙娙萜?2將很快充電至電容器6的電壓水平。

在圖4中示意性示出的充電階段過后，離子電流從電容器12流出，如在圖5中以簡化的方式所示。一方面，離子電流從電容器12流經(jīng)回路第二支路中的電阻器10、變壓器1的次級側(cè)1b、導(dǎo)通火花抑制二極管4、火花塞5，并且從火花塞5流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)含物而到達(dá)接地端。另一方面，離子電流從接地端流經(jīng)測量電阻器13至電容器12，使得能夠作為測量電阻器處的壓降來測量該離子電流，圖5通過U_ION來表示該壓降。

因此，用于離子電流測量的從電容器12輸送的電荷來源于電容器6。不管離子電流是直接從電容器6饋送(這在原理上是可行的)，還是從由電容器6充電的電容器12中饋送，電容器6的電荷均因此以所述的方法用于離子電流，即，電容器6直接或經(jīng)由第二電容器12間接地饋送電流。

引用列表

1 變壓器

1a 變壓器的初級側(cè)

1a 變壓器的次級側(cè)

2 初級電壓源

3 開關(guān)

4 導(dǎo)通火花抑制二極管

5 火花塞

6 電容器

7 齊納二極管

8 電路元件

9 電路元件

10 電阻

11 電路元件

12 電容器

13 測量電阻器

14 運(yùn)算放大器

15 電阻

16 二極管

17 齊納二極管。