[發(fā)明專(zhuān)利]內(nèi)驅(qū)電控點(diǎn)火系統(tǒng)的故障診斷電路及其診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410111338.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103941720B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付逢春;彭琴;陸獻(xiàn)忠;于垂順;王帥;於仕達(dá)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 聯(lián)合汽車(chē)電子有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B23/02
• 分類(lèi)號(hào): G05B23/02
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31211
• 代理人: 殷曉雪

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控點(diǎn)火系統(tǒng)，特別是涉及其中的點(diǎn)火線圈的故障診斷電路以及診斷方法。

背景技術(shù)

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)已逐步發(fā)展為綜合性的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS），其主要包括電控燃油噴射（EFI）、電控點(diǎn)火（ESA）等。其中的電控點(diǎn)火系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）采集安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)不同部位上的各種傳感器信號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，選擇最理想的點(diǎn)火提前角使點(diǎn)火線圈進(jìn)行點(diǎn)火，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程。

在電控點(diǎn)火系統(tǒng)中，ECU通過(guò)點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生比較大的驅(qū)動(dòng)電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)火線圈的驅(qū)動(dòng)。目前，點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路已經(jīng)可以集成在一塊芯片上，稱(chēng)為點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片。按照點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片的所在位置，可以將電控點(diǎn)火系統(tǒng)分為內(nèi)驅(qū)和外驅(qū)兩種。內(nèi)驅(qū)電控點(diǎn)火系統(tǒng)是指點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片集成在ECU內(nèi)部；外驅(qū)電控點(diǎn)火系統(tǒng)是指點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片集成在點(diǎn)火線圈內(nèi)部。點(diǎn)火線圈一旦發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流的故障，在外驅(qū)電控點(diǎn)火系統(tǒng)會(huì)將點(diǎn)火線圈和點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片燒毀，在內(nèi)驅(qū)電控點(diǎn)火系統(tǒng)會(huì)將點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片燒毀從而使得整個(gè)ECU報(bào)廢，因而有必要對(duì)點(diǎn)火線圈進(jìn)行故障診斷。

請(qǐng)參閱圖1a，這是一種現(xiàn)有的內(nèi)驅(qū)電控點(diǎn)火系統(tǒng)的原理性示意圖。點(diǎn)火線圈2主要采用變壓器結(jié)構(gòu)，包括纏繞在鐵芯23上的初級(jí)線圈21和次級(jí)線圈22。初級(jí)線圈21和次級(jí)線圈22的一端均連接車(chē)載直流電源1，次級(jí)線圈22的另一端連接火花塞4的一個(gè)電極，火花塞4的另一個(gè)電極接地。在發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU5的內(nèi)部包括有微控制器（MCU）51、電阻一52和開(kāi)關(guān)器件53。其中的電阻一52和開(kāi)關(guān)器件53共同構(gòu)成了點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片。開(kāi)關(guān)器件53例如為MOS晶體管、IGBT器件等。MCU51的一個(gè)輸出端通過(guò)電阻一52連接開(kāi)關(guān)器件53的柵極或基極。開(kāi)關(guān)器件53的漏極或集電極連接初級(jí)線圈21的另一端。開(kāi)關(guān)器件53的源極或發(fā)射極接地。

不工作時(shí)，MCU51向開(kāi)關(guān)器件53的柵極或基極輸出低電平，開(kāi)關(guān)器件53處于關(guān)斷狀態(tài)相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。

工作時(shí)，MCU51向開(kāi)關(guān)器件53的柵極或基極輸出高電平，開(kāi)關(guān)器件53處于導(dǎo)通狀態(tài)相當(dāng)于一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。此時(shí)車(chē)載直流電源1接通初級(jí)線圈21。如無(wú)外界操作，通過(guò)初級(jí)線圈21的電流（即初級(jí)電流）將從零增長(zhǎng)到一個(gè)穩(wěn)定值，該穩(wěn)定值由車(chē)載直流電源1的電壓值和初級(jí)線圈21的電阻值所決定。隨著初級(jí)電流增長(zhǎng)，初級(jí)線圈21產(chǎn)生的電磁能量存儲(chǔ)在鐵芯23中。當(dāng)初級(jí)電流達(dá)到一定值（該一定值≤穩(wěn)定值）時(shí)，MCU51改為向開(kāi)關(guān)器件53的柵極或基極輸出低電平，開(kāi)關(guān)器件53由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，這使初級(jí)線圈回路瞬間斷開(kāi)。初級(jí)線圈回路的電場(chǎng)突變?cè)斐闪顺跫?jí)線圈21的磁場(chǎng)迅速衰減，從而在次級(jí)線圈22的兩端感應(yīng)出高壓電動(dòng)勢(shì)。該高壓電動(dòng)勢(shì)擊穿火花塞4的兩個(gè)電極之間的空隙，產(chǎn)生電弧以點(diǎn)燃汽油與空氣的混合氣。

請(qǐng)參閱圖1b，這是另一種現(xiàn)有的內(nèi)驅(qū)電控點(diǎn)火系統(tǒng)的原理性示意圖。點(diǎn)火線圈2仍采用變壓器結(jié)構(gòu)，包括纏繞在鐵芯23上的初級(jí)線圈21和次級(jí)線圈22。火花塞4采用雙火花塞結(jié)構(gòu)，由火花塞一41和火花塞二42所組成。次級(jí)線圈22的兩端分別連接火花塞一41、火花塞二42的一個(gè)電極，火花塞一41、火花塞二42的另一個(gè)電極均接地。圖1b的其余結(jié)構(gòu)均與圖1a相同，工作原理也與圖1a相同，只是次級(jí)線圈22的兩端感應(yīng)出的高壓電動(dòng)勢(shì)會(huì)同時(shí)擊穿火花塞一41、火花塞二42的兩個(gè)電極之間的空隙。

請(qǐng)參閱圖1c，這是又一種現(xiàn)有的內(nèi)驅(qū)電控點(diǎn)火系統(tǒng)的原理性示意圖。點(diǎn)火線圈2仍采用變壓器結(jié)構(gòu)，包括纏繞在鐵芯23上的初級(jí)線圈21和次級(jí)線圈22。次級(jí)線圈22的一端接地，另一端連接火花塞4的一個(gè)電極，火花塞4的另一個(gè)電極接地。圖1c的其余結(jié)構(gòu)均與圖1a相同，工作原理也與圖1a相同，

請(qǐng)參閱圖2，同一型號(hào)的點(diǎn)火線圈在相同的工作電壓下從開(kāi)始充電到初級(jí)電流到達(dá)特定電流值（例如為3A，該特定電流值≤MCU51向開(kāi)關(guān)器件53的柵極或基極改變輸出電平狀態(tài)時(shí)的一定值）的時(shí)間基本相同，如曲線A所示。當(dāng)發(fā)生了點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片的過(guò)流故障，其初級(jí)電流與充電時(shí)間的關(guān)系如曲線B所示。當(dāng)發(fā)生了點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片的開(kāi)路故障，則初級(jí)線圈無(wú)電流。根據(jù)該特性可以設(shè)計(jì)出針對(duì)點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片的故障診斷方案。

一種現(xiàn)有的內(nèi)驅(qū)電控點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片診斷方案采用硬件手段，為點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片中的開(kāi)關(guān)器件53專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)外圍診斷電路，將故障信息反饋給MCU51，MCU51讀取對(duì)應(yīng)的故障信息識(shí)別故障。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有多缸，例如四缸，每一缸都對(duì)應(yīng)著獨(dú)立的點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片。這種方案為每個(gè)點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片都要設(shè)計(jì)復(fù)雜的診斷電路，同時(shí)要為每個(gè)點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)芯片分配ECU的資源用來(lái)讀取故障信息，實(shí)現(xiàn)成本比較昂貴。