專利名稱：火花塞離子電流檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)，特別是涉及一種點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)中火 花塞離子電流檢測電路。
背景技術(shù)：
點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)缸內(nèi)混合氣在火花點(diǎn)火、火核形成、火焰?zhèn)鞑サ热紵^程 中會產(chǎn)生大量的自由電子、正負(fù)離子和自由基等帶電粒子，使燃?xì)饩哂幸欢?的電導(dǎo)性。如果在火花塞兩極間施加一個直流偏置電壓，在外加電場的作用 下，帶電粒子發(fā)生定向遷移就會形成所謂的火花塞離子電流?；鸹ㄈx子電流信號載有豐富的與發(fā)動機(jī)缸內(nèi)燃燒過程相關(guān)的信息。隨 著人們對火花塞離子電流的認(rèn)識逐步深入、檢測電路不斷完善及信號處理技 術(shù)日益成熟，近十年來，國內(nèi)外學(xué)者對火花塞離子電流在內(nèi)燃機(jī)控制方面的 應(yīng)用作了大量的有益的探索性研究。歸納起來主要在爆震控制、配氣相位檢 測、失火偵測、空燃比控制及燃燒過程監(jiān)測等方面。為了在火花塞電極間產(chǎn)生離子電流，必須在電極兩端加上合適的偏置電 壓。然后通過測量分壓電阻上電壓，計算出離子電流的大小。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中兩種離子電流檢測電路；其中圖la的檢測電路中離子電流檢測的分壓電 路并聯(lián)于火花塞電極之間，采用高壓二極管Dl和D2作為高壓隔離，采用 90V直流電源為火花塞間隙間施加偏置電壓；圖lb的檢測電路中離子電流檢 測的分壓電路串聯(lián)于火花塞電極和點(diǎn)火次級線圈的放電回路之中，采用電容 11在點(diǎn)火放電時被充電至IOOV左右后，作為火花塞間隙間施加偏置電壓的 電壓源。以上兩種離子電流檢測電路存在以下缺點(diǎn)圖la高壓隔離效果不夠 理想，檢測的離子電流信號中疊加有點(diǎn)火放電時產(chǎn)生的放電電流信號，影響了離子電流信號的準(zhǔn)確提取和實際應(yīng)用；圖lb火花塞離子電流信號受高壓放 電點(diǎn)火后次級線圈電壓振蕩信號的影響，二是電容11隨著放電的進(jìn)行端電壓 下降，導(dǎo)致施加在火花塞間隙間的偏置電壓下降，而偏置電壓本身對離子電 流影響較大，使得離子電流信號不能準(zhǔn)確地反映發(fā)動機(jī)缸內(nèi)燃燒狀態(tài)。圖2是現(xiàn)有技術(shù)離子電流圖，如圖2所示，離子電流呈3峰值狀態(tài)，第一峰值主要是放電過程中的等離子電流，其大小取決于點(diǎn)火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其 特性，它疊加在正常的火花塞離子電流信號上，使火焰前鋒期離子電流信號 很難提取，屬干擾信號，應(yīng)加以過濾。發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種使 檢測到的離子電流完全隔離點(diǎn)火放電的影響，施加的偏置電壓恒定，離子電 流能夠準(zhǔn)確地反映發(fā)動機(jī)缸內(nèi)燃燒狀態(tài)的離子電流檢測電路。本實用新型所采用的技術(shù)方案是 一種火花塞離子電流檢測電路，包 括偏置電壓源電路、分壓電路、點(diǎn)火線圈、火花塞、高壓隔離電路和信號預(yù) 處理電路，點(diǎn)火線圈的次級通過高壓隔離電路的放電管與火花塞串聯(lián)連接， 所述偏置電壓源電路的負(fù)極與所述分壓電路串聯(lián)后入地，所述偏置電壓源電 路的正極與所述火花塞之間通過高壓隔離電路中的高壓硅堆串聯(lián)連接，被檢測的離子電流信號經(jīng)分壓電路取出后通過信號預(yù)處理電路送入發(fā)動機(jī)ECU。 所述高壓隔離電路包括陶瓷氣體放電管、高壓硅堆和的高壓電阻，陶瓷 放電管型號為Z2R800，高壓硅堆型號為2CL2FK，高壓電阻為5MQ;所述 偏置電壓源電路為DC/DC電源轉(zhuǎn)換模塊電路，所述電源轉(zhuǎn)換模塊電路中的 PWM電路控制器件選用電流型脈寬調(diào)制芯片TL494;所述信號預(yù)處理電路 采用AD210芯片為核心進(jìn)行的級間隔離與濾波。本實用新型的有益效果是本實用新型采用有效隔離措施，完全隔離了放電過程中等離子電流的影響，使火花塞離子電流信號完整、準(zhǔn)確地呈雙峰 值狀態(tài)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中已有火花塞離子電流檢測電路；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中離子電流波形示意圖；圖3是本實用新型火花塞離子檢測電路原理圖；圖4是本實用新型偏置電壓源原理框圖；圖5是本實用新型離子電流信號波形圖。
具體實施方式
如圖3所示，本實用新型離子電流檢測電路由高壓隔離電路3、偏置電 壓源電路5、分壓電路以及信號預(yù)處理電路4組成。高壓隔離電路阻斷點(diǎn)火 系統(tǒng)的點(diǎn)火高壓加至檢測電路，同時提供偏置電壓施加至火花塞2上的通路； 偏置電壓源電路能產(chǎn)生500V的直流電壓，Rl和R2是偏置回路中的分壓電 阻，當(dāng)合適的偏置電壓使火花塞間隙間游離子定向遷移時即形成離子電流， 離子電流流經(jīng)R2時產(chǎn)生壓降，R2上的電壓大小可以反映離子電流信號的強(qiáng) 弱。將R2上電壓信號經(jīng)信號預(yù)處理電路進(jìn)行隔離放大后送入發(fā)動機(jī)ECU。高壓隔離電路由陶瓷氣體放電管31、高壓硅堆32和高壓電阻組成。陶 瓷放電管型號為Z2R800，擊穿電壓為800V，將其串聯(lián)在點(diǎn)火系統(tǒng)的高壓放 電回路Isp內(nèi)。高壓硅堆型號2CL2FK，反向擊穿電壓為40kV,將其與5MQ 高壓電阻一起串聯(lián)在形成火花塞離子電流的偏置電壓回路Ion內(nèi)。當(dāng)點(diǎn)火時， 點(diǎn)火線圈l產(chǎn)生高壓電，先擊穿陶瓷放電管，并在火花塞間隙間跳火、放電， 形成點(diǎn)火放電電流，該電流并非我們要檢測的離子電流，此時高壓硅堆及高 壓電阻阻斷點(diǎn)火高壓電，避免其施加于離子電流檢測的分壓電路上，故R2 上無分壓，即無離子電流；點(diǎn)火系統(tǒng)高壓放電后，偏置電壓經(jīng)高壓硅堆、火花塞及分壓電阻R2、R1構(gòu)成回路Ion，在火花塞間隙間施加一定的直流電壓， 使火花塞間隙間游離子及自由電子定向遷移，形成火花塞離子電流，此時， 由于偏置電壓小于陶瓷氣體放電管的擊穿電壓，所以偏置電壓回路與點(diǎn)火電 流隔離，R2上的壓降僅由離子電流形成，故R2上的電壓信號的大小即反映 了實際火花塞離子電流信號的強(qiáng)弱。如圖4所示，偏置電壓源是一個DC/DC電源轉(zhuǎn)換模塊電路，其輸入電 壓為12V，輸出電壓為0 800V可調(diào)直流電壓，額定輸出電流5mA。該DC/dc ^^OT^wnnrawir認(rèn)為可靠性很高的單端正激pwm調(diào)制方案，原理如圖3所示。當(dāng)MOSFET被PWM脈寬調(diào)制控制器輸出的脈沖驅(qū)動 而交替導(dǎo)通和截止時，輸入電壓Vin施加在變壓器初級線圈上的回路便在不 斷地開閉，引起變壓器磁心內(nèi)磁通變換，次級線圈即產(chǎn)生交變的感應(yīng)電勢， 經(jīng)整流濾波電路整流后向外輸出直流電壓Vout。輸入電壓Vin、輸出電壓Vout 和PWM控制器輸出脈沖的占空比D之間近似地存在如下關(guān)系可見，pwm控制器調(diào)制的脈沖占空比越大，則輸出直流電壓越高。 pwm電路控制器件選用電流型脈寬調(diào)制芯片TL494，取樣網(wǎng)絡(luò)將輸出 直流電壓反饋至誤差比較器的反向輸入端，與電壓基準(zhǔn)經(jīng)調(diào)壓電位器獲取的 參考電壓比較后，輸出誤差信號至PWM控制器用于調(diào)節(jié)驅(qū)動MOSFET管的 脈沖占空比，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出直流電壓的目的。由于MOSFET與雙極性晶體管 相比，具有開關(guān)速度快，輸入阻抗高，易于驅(qū)動，沒有二次擊穿，可靠性高， 參數(shù)一致性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在本離子電流檢測電路的設(shè)計中選用MOSFET作 為主開關(guān)器件。在實際安裝時，盡量縮短各管腳引線的長度，以消除寄生振所述信號預(yù)處理電路是以AD210芯片為核心的隔離與濾波電路。AD210是一種精度高、成本低、體積小的變壓器耦合三端隔離放大器。這種三端隔 離結(jié)構(gòu)是在自動善本過程中采用先進(jìn)的表面安裝技術(shù)制造的，所以該芯片的 性能大大超過了同類產(chǎn)品的性能。由于AD210能夠割斷回路和漏電通路抑制 共模電壓和測量精度的噪聲，所以它能提高高精度和優(yōu)良的電隔離，同時也 可在測量系統(tǒng)中其他電路發(fā)生故障時提供保護(hù)功能。如圖5所示，本實用新型采用有效隔離措施，完全隔離了放電過程中等離子電流的影響，使火花塞離子電流信號完整、準(zhǔn)確地呈雙峰值狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種火花塞離子電流檢測電路，其特征在于包括偏置電壓源電路、分壓電路、點(diǎn)火線圈、火花塞、高壓隔離電路和信號預(yù)處理電路，點(diǎn)火線圈的次級通過高壓隔離電路的放電管與火花塞串聯(lián)連接，所述偏置電壓源電路的負(fù)極與所述分壓電路串聯(lián)后入地，所述偏置電壓源電路的正極與所述火花塞之間通過高壓隔離電路中的高壓硅堆串聯(lián)連接，被檢測的離子電流信號經(jīng)分壓電路取出后通過信號預(yù)處理電路送入發(fā)動機(jī)ECU。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞離子電流檢測電路，其特征在于所 述高壓隔離電路包括陶瓷氣體放電管、高壓硅堆和的高壓電阻，陶瓷放電管型號為Z2R800，高壓硅堆型號為2CL2FK，高壓電阻為5MQ;所述偏置電 壓源電路為DC/DC電源轉(zhuǎn)換模塊電路，所述電源轉(zhuǎn)換模塊電路中的PWM電 路控制器件選用電流型脈寬調(diào)制芯片TL494;所述信號預(yù)處理電路采用 AD210芯片為核心進(jìn)行的級間隔離與濾波。
專利摘要本實用新型公開了一種火花塞離子電流檢測電路，包括偏置電壓源電路、分壓電路、點(diǎn)火線圈、火花塞、高壓隔離電路和信號預(yù)處理電路，點(diǎn)火線圈的次級通過高壓隔離電路的放電管與火花塞串聯(lián)連接，偏置電壓源電路的負(fù)極與分壓電路串聯(lián)后入地，偏置電壓源電路的正極與火花塞之間通過高壓隔離電路中的高壓硅堆串聯(lián)連接，被檢測的離子電流信號經(jīng)分壓電路取出后通過信號預(yù)處理電路送入發(fā)動機(jī)ECU。有益效果是本實用新型采用有效隔離措施，完全隔離了放電過程中等離子電流的影響，使火花塞離子電流信號完整、準(zhǔn)確地呈雙峰值狀態(tài)。
文檔編號H01T13/58GK201096827SQ200720097430
公開日2008年8月6日 申請日期2007年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者劉伍權(quán), 劉宏威, 曹亞娟, 李建文 申請人:中國人民解放軍軍事交通學(xué)院