本發(fā)明涉及汽車制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種點火系統(tǒng)及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

目前，發(fā)動機增壓技術(shù)、直噴技術(shù)、均質(zhì)稀燃及高EGR技術(shù)均需要點火線圈為發(fā)動機提供更高的點火電壓和點火能量，而現(xiàn)有點火線圈受制于線圈結(jié)構(gòu)形式及安裝尺寸等限制，最大點火能量只能達到100mJ左右，因此現(xiàn)有點火線圈的設(shè)計理念已不能滿足發(fā)動機最新技術(shù)的發(fā)展要求。另外，在現(xiàn)有點火線圈的開發(fā)方面，為了滿足不同的客戶以及不同的發(fā)動機對于點火線圈有不同的點火能量和點火電壓需求，需要針對不同的點火電壓和點火能量提供支撐該點火線圈工作的點火系統(tǒng)(即對點火系統(tǒng)進行磁路和結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計)，意味著新的點火系統(tǒng)的開發(fā)，每個點火系統(tǒng)開發(fā)周期為兩年左右，再加上模具費、試驗費、生產(chǎn)線的投資，整個開發(fā)過程不但耗時且耗力耗錢。

隨著法規(guī)對燃油經(jīng)濟性和排放的日益嚴苛，以及對發(fā)動機動力性的追求，加之新技術(shù)如增壓、直噴、稀薄燃燒、均質(zhì)燃燒及高EGR(Exhaust Gas Recirculation，簡稱EGR)率發(fā)動機的出現(xiàn)，對發(fā)動機點火系統(tǒng)提出了越來越高的要求，尤其是點火能量。由于安裝尺寸的限制，點火線圈不能簡單地通過增加尺寸來增加能量輸出，并且作為點火系統(tǒng)核心零部件的點火線圈，當(dāng)點火線圈的結(jié)構(gòu)固定時，線圈能儲存?zhèn)鬟f的能量有限，根本無法按照發(fā)動機的實際需求自由調(diào)節(jié)點火能量。

現(xiàn)有的點火系統(tǒng)采用高壓續(xù)能高能點火理念，該系統(tǒng)可以提供6000V高壓進行續(xù)能，可以有效提高點火能量。但是，由于6000V的高壓直接接在4個點火線圈上會造成誤擊穿而引起回火，對此，點火系統(tǒng)通過增加一套高壓分流裝置解決該問題。而高壓分流裝置的元件多導(dǎo)致其所占用面積大、成本高的問題。此外，由于高壓分流裝置的存在，一旦高壓分流裝置發(fā)生異常，則會導(dǎo)致發(fā)動機失火或者誤擊穿，提高了該點火系統(tǒng)的應(yīng)用風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種點火系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中點火系統(tǒng)存在高成本及高風(fēng)險的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種點火系統(tǒng)，所述點火系統(tǒng)包括：ECU、點火開關(guān)、點火線圈、MCU和可控穩(wěn)壓源；其中，所述點火線圈包括：初級線圈和次級線圈，所述點火開關(guān)分別與所述點火線圈的初級線圈和所述ECU電性連接，所述MCU分別與所述ECU和所述可控穩(wěn)壓源電性連接，所述可控穩(wěn)壓源分別與所述MCU和所述點火線圈的次級線圈電性連接，并且，所述可控穩(wěn)壓源在所述MCU控制下開啟或關(guān)閉，并按照當(dāng)前發(fā)動機對于點火能量的需求為所述點火線圈的次級線圈提供能量。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，在一個點火周期內(nèi)，ECU控制點火開關(guān)打開為點火線圈的初級線圈充電，當(dāng)初級線圈充電達到預(yù)設(shè)的充電時間后，ECU控制點火開關(guān)關(guān)閉的同時所述可控穩(wěn)壓源在所述MCU控制下開啟，所述可控穩(wěn)壓源向點火線圈的次級線圈放電，當(dāng)次級線圈放電達到預(yù)設(shè)的放電時間后，所述MCU控制所述可控穩(wěn)壓源關(guān)閉直至該點火周期結(jié)束。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，所述預(yù)設(shè)的充電時間由所述ECU控制設(shè)定。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，所述預(yù)設(shè)的放電時間由所述MCU控制設(shè)定。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，在一個點火周期內(nèi)，所述MCU實時監(jiān)測ECU控制點火開關(guān)啟閉的控制信號，所述MCU在所述控制信號出現(xiàn)下降沿時控制所述可控穩(wěn)壓源開啟。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，所述MCU控制所述可控穩(wěn)壓源的參數(shù)包括：續(xù)能開始時刻、續(xù)能時間及輸出功率。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，所述可控穩(wěn)壓源輸出的電壓根據(jù)當(dāng)前發(fā)動機所需的點火能量進行設(shè)置。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，當(dāng)前發(fā)動機所需的點火能量通過當(dāng)前發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和缸壓獲知。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，所述點火開關(guān)的數(shù)量與所述點火線圈的數(shù)量一致，所述可控穩(wěn)壓源和所述MCU的數(shù)量均為一個；每個點火線圈對應(yīng)一個點火開關(guān)，所有點火線圈共用一個所述可控穩(wěn)壓源和所述MCU。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，所述可控穩(wěn)壓源為DC-DC轉(zhuǎn)換器。

可選的，在所述的點火系統(tǒng)中，所述點火開關(guān)為IGBT。

相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種點火系統(tǒng)的應(yīng)用方法。

在本發(fā)明所提供的點火系統(tǒng)及其應(yīng)用方法中，在傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了MCU和可控穩(wěn)壓源，能夠按照當(dāng)前發(fā)動機對于點火能量的需求為點火系統(tǒng)的所有點火線圈的次級線圈提供一穩(wěn)定電壓，實現(xiàn)對點火線圈的低壓續(xù)能，從而延長點火線圈的放電時間、增加點火能量、降低失火概率、提高燃燒效率、減少排放、增加動力輸出的效果，無需增加額外的高壓分流裝置，降低了開發(fā)成本。

另一方面，所有點火線圈共用一個MCU和可控穩(wěn)壓源，相對于為每個點火線圈提供一個MCU和可控穩(wěn)壓源的形式，能達到結(jié)構(gòu)緊湊、成本更低的效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例中點火系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例中點火及續(xù)能時序圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的點火系統(tǒng)及其應(yīng)用方法作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

請參考圖1，其為本發(fā)明的點火系統(tǒng)的示意圖，如圖1所示，所述點火系統(tǒng)包括：ECU(電子控制單元)、點火開關(guān)、點火線圈、MCU(微控制單元)和可控穩(wěn)壓源；其中，所述點火線圈包括：初級線圈和次級線圈，所述點火開關(guān)分別與所述點火線圈的初級線圈和所述ECU電性連接，所述MCU分別與所述ECU和所述可控穩(wěn)壓源電性連接，所述可控穩(wěn)壓源分別與所述MCU和所述點火線圈的次級線圈電性連接，并且，所述可控穩(wěn)壓源在所述MCU控制下開啟或關(guān)閉，并按照當(dāng)前發(fā)動機對于點火能量的需求為所述點火線圈的次級線圈提供能量。由于點火線圈的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的點火線圈結(jié)構(gòu)相同，故此處不做過多贅述。

較佳的，所述點火開關(guān)為IGBT，所述可控穩(wěn)壓源包括但不局限于DC-DC轉(zhuǎn)換器(直流對直流轉(zhuǎn)換器)，只要可以為點火線圈的次級線圈提供穩(wěn)定的電壓即可。DC-DC轉(zhuǎn)換器與傳統(tǒng)點火線圈原理類似，由于DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率非常高，是傳統(tǒng)點火線圈的上千倍。因此，在提高同樣的點火能量的情況下，采用DC-DC轉(zhuǎn)換器更容易實現(xiàn)，且能量提高的空間也更大。

本實施例中，所述點火開關(guān)的數(shù)量與所述點火線圈的數(shù)量一致，所述可控穩(wěn)壓源和所述MCU的數(shù)量均為一個；每個點火線圈對應(yīng)一個點火開關(guān)，所有點火線圈共用一個所述可控穩(wěn)壓源和所述MCU。

如圖1所示，Ub為接電源的端口，PGND為點火線圈的初級線圈接地的端口，SGND表示是點火線圈的次級線圈接地的端口，IGN_1、IGN_2、…、IGN_N分別對應(yīng)ECU分別控制點火開關(guān)IGBT1、IGBT2、…、IGBTN的控制信號(也稱為點火信號)，點火開關(guān)IGBT1、IGBT2、…、IGBTN的控制信號分別對應(yīng)控制點火線圈CL1、CL2、…、CLN；N為大于等于2的整數(shù)。

為了較好的理解本發(fā)明的點火系統(tǒng)的點火及續(xù)能過程，以點火線圈的數(shù)量為4個，相應(yīng)的每個點火線圈均分配一個點火開關(guān)(對應(yīng)為圖2中IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4)為例，進行詳細闡述。

本發(fā)明還提供一種點火系統(tǒng)的應(yīng)用方法，具體步驟請結(jié)合圖2進行理解。如圖2所示，發(fā)動機各缸按順序依次點火，相鄰兩缸的點火線圈的點火間隔為T1，在一個點火周期T2內(nèi)，ECU向需要進行點火的點火線圈的點火開關(guān)發(fā)送控制信號(即點火信號)，ECU通過控制信號控制點火開關(guān)打開為點火線圈的初級線圈充電，當(dāng)初級線圈充電達到預(yù)設(shè)的充電時間t3后，ECU再次發(fā)送控制信號控制點火開關(guān)關(guān)閉，同時所述可控穩(wěn)壓源在所述MCU控制下開啟，所述可控穩(wěn)壓源向點火線圈的次級線圈放電spark，當(dāng)次級線圈放電達到預(yù)設(shè)的放電時間t1后，所述MCU控制所述可控穩(wěn)壓源關(guān)閉直至該點火周期結(jié)束。

在點火線圈的初級線圈充電結(jié)束時，開啟可控穩(wěn)壓源實現(xiàn)對點火線圈的次級線圈續(xù)能，這樣就大大提高了放電電流，從而增加了點火能量。經(jīng)過t1時間關(guān)閉可控穩(wěn)壓源結(jié)束續(xù)能，點火線圈放電電流繼而衰減為0A。至此，則完成了發(fā)動機中當(dāng)前缸的點火過程，當(dāng)點火線圈數(shù)量為N個時，其點火過程依次類推，此處不再贅述。其中，在一個點火周期內(nèi)，所述MCU會實時監(jiān)測ECU的每一路控制點火開關(guān)啟閉的控制信號，所述MCU在所述控制信號出現(xiàn)下降沿時控制所述可控穩(wěn)壓源開啟，利用可控穩(wěn)壓源在次級線圈放電過程中提供額外的能量。

本實施例中的點火系統(tǒng)中，可控穩(wěn)壓源主要負責(zé)提供點火能量，點火線圈只需提供擊穿電壓以擊穿混合氣，而不需要提供太多能量，意味著不需要太大的磁路，點火線圈的尺寸可以相應(yīng)的減小。因此，在點火線圈設(shè)計時可以忽略能量要求，點火電壓就有了更大的提升空間，更高的點火電壓就保證了可靠擊穿混合氣。

進一步地，所述預(yù)設(shè)的充電時間由所述ECU控制設(shè)定；所述預(yù)設(shè)的放電時間由所述MCU控制設(shè)定。由于次級線圈的放電時間可根據(jù)所述MCU控制調(diào)節(jié)，從而確保發(fā)動機中混合氣有更長的加熱時間，保證可靠點火。

在點火線圈的次級線圈續(xù)能過程中，通過獲知預(yù)定時間內(nèi)當(dāng)前發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和缸壓，基于轉(zhuǎn)速和缸壓可以獲知當(dāng)前發(fā)動機的點火能量需求，MCU進一步根據(jù)當(dāng)前發(fā)動機的點火能量的需求調(diào)節(jié)可控穩(wěn)壓源的輸出電壓及開啟時間，可以得到可控穩(wěn)壓源不同的輸出功率，從而得到不同的點火能量，即實現(xiàn)了點火能量可調(diào)。由此可見，所述MCU可以控制所述可控穩(wěn)壓源的續(xù)能開始時刻、續(xù)能時間及輸出功率，從而實現(xiàn)了點火能量的智能可調(diào)，保護點火線圈和控制電路，以免發(fā)熱過大。

本發(fā)明的點火線圈基于低壓續(xù)能理念，相比背景技術(shù)中高壓續(xù)能高能點火理念，本發(fā)明可以將不高于900V的續(xù)能電壓直接同時接在所有點火線圈上，而不存在誤擊穿風(fēng)險，這就極大降低了成本，減小了電路板尺寸。

綜上，本發(fā)明的點火系統(tǒng)與現(xiàn)有點火系統(tǒng)相比所具有的有益效果如下：

1)解決了目前高增壓、直噴、均質(zhì)燃燒、稀薄燃燒和高EGR率的發(fā)動機的點火能量不足問題，降低失火概率，提高燃燒效率，降低排放；

2)點火能量輸出提高到100mJ～250mJ，使混合氣與火弧有更大的接觸面積，保證可靠點火；

3)點火電壓可達40kV以上，使混合氣擊穿更加可靠；

4)按照發(fā)動機工況智能調(diào)節(jié)點火能量，使發(fā)動機匹配更加智能；

5)延長放電時間，使混合氣有更長的加熱時長，保證可靠點火；

6)減小線圈尺寸，對發(fā)動機安裝尺寸要求低。

7)消除點火線圈平臺概念，該系統(tǒng)能根據(jù)客戶要求調(diào)節(jié)點火線圈輸出能量和輸出電壓，點火線圈開發(fā)更簡單；免去了針對不同點火線圈平臺的生產(chǎn)線的開發(fā)。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。