[发明专利]用于火花点燃式发动机失火控制的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及发动机控制技术，尤其涉及火花点燃式发动机缸内燃烧检测和控制的方法及装置。

背景技术

依据美国加州大气资源局(CARB)法规的定义，发动机失火是指由于点火能量不足、混合气过稀或过浓、压缩不良或其他原因引起缸内不发生燃烧或燃烧不良现象。

当出现失火现象时，燃烧过程的平均指示压力大大减小，发动机的性能恶化。

研究表明，大约2％的失火率就会使有害排放物超过1.5倍的排放标准限制。

更严重的是，未燃的混合气达到催化器后发生燃烧，极易造成催化器损坏。

为了避免失火导致上述危害，诊断系统应该对发动机失火进行监测，并判断出是哪一个气缸发生失火，及时采取措施防止因失火衍生出的各种危害。

在目前的车载诊断系统的中，最常用的失火检测方法是利用曲轴位置传感器的信号进行失火的判断。

但是这种方法在路况恶劣时容易发生误诊断，而且需要额外的重力加速度传感器，另外这种方法只能在发动机一定工况范围内使用，特别是高速小负荷时有严重的缺陷。

失火判断最可靠的方法是利用缸内压力传感器，但是缸内压力传感器价格极其高昂，而且对安装有苛刻的要求，使用寿命也较短。

通过氧传感器和排气压力传感器也可以用于检测失火，但是它们也存在一些缺点，例如装置成本较高，响应迟滞和不能判断具体是哪一个气缸失火。

现有技术只涉及了检测失火的方法，但未提及检测到失火后，采取何种实时地补偿性措施能够及时和有效地防止失火造成的危害。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题和难点，提供一种用于火花点燃式发动机失火控制的装置及方法，在检测到失火后，立即进行补火操作，使失火可能造成的危害最小化。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种用于火花点燃式发动机失火控制的装置，其包括：

点火线圈，为火花塞提供点火电源；

火花塞，在气缸内进行点火；

离子电流检测单元，检测点火线圈的离子电流，并发送给微控制单元；

信号处理单元，接收发动机工作状态信号，并在处理后发送给微控制单元；

微控制单元，根据接收到的离子电流和发动机工作状态信号判断是否发生失火；

点火驱动单元，根据微控制单元的判断结果，若存在失火，则驱动点火线圈并控制火花塞点火。

进一步，所述点火线圈，其初级电路一侧接蓄电池正极，另一侧接点火驱动单元，其次级线圈一侧接离子电流检测单元，另一侧接火花塞；

所述火花塞，其一侧接点火线圈的次级线圈，另一侧接地；

所述离子电流检测单元，其一侧接点火线圈的次级线圈，并接地，另一侧连接微控制单元的模数转换模块；

所述信号处理单元，其一侧与采集发动机工作状态信号的传感器连接，另一侧连接微控制单元的输入模块；

所述微控制单元，其输入模块与信号处理单元连接，其输出模块与点火驱动单元连接；

所述点火驱动单元，其一端与微控制单元的输出模块相连，另一端与点火线圈的初级线圈连接。

所述发动机工作状态信号，包括：

曲轴位置信号，由转速-曲轴位置传感器采集；

凸轮轴相位信号，由凸轮轴相位传感器采集；

点火信号，由发动机电子控制单元施加的信号。

所述微控制单元，根据曲轴位置信号和凸轮轴相位信号来计算发动机的曲轴转角以及各缸当前的工作状态；以点火信号下降沿作为离子电流信号采集和计算窗口的开始时刻，以点火信号之后的第n(0＜n＜40)个曲轴转角时刻作为离子电流信号采集和计算窗口的结束时刻，并判断窗口期间所述离子电流信号关于曲轴转角的积分结果值是否小于失火阈值，若小于，则判定发动机任一个气缸发生失火并立即执行补火操作；输出点火驱动信号至点火驱动单元。

所述离子电流检测单元，包括电容、第一瞬态抑制二极管、第二瞬态抑制二极管、检测电阻和电压跟随器，第一瞬态抑制二极管的正极接点火线圈，负极接检测电阻和电压跟随器，并与电容并联；第二瞬态抑制二极管的正极接地，负极接电容，并与检测电阻并联。

所述离子电流信号由离子电流检测单元检测，并由微控制单元的数模转换模块采集，且曲轴位置信号作为数模转换模块的触发信号，每触发一次采集一次离子电流信号。

所述点火驱动单元选用功率MOSFET或者IGBT及其它们的前级驱动电路。