火花塞故障诊断电路及方法与流程

本发明涉及点火测试技术领域，特别是涉及一种火花塞故障诊断电路及方法。

背景技术：

火花塞是发动机点火系统的重要元件，可以将高压电引入燃烧室，并使其跳过电极间隙而产生火花，从而点燃气缸中的可燃混合气。随着时间的推移，火花塞会老化，导致无法正常点火，影响发动机的性能。因此，需要对火花塞的故障进行诊断。

传统技术中，都是对点火线圈的故障进行诊断。例如，采集发动机曲轴信号，根据曲轴信号计算发动机气缸的半圈周期，根据半圈周期信息和发动机运转信息判断点火线圈是否出现故障。

然而，上述诊断方式无法准确识别出火花塞老化导致的无法正常点火。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够诊断出火花塞故障的火花塞故障诊断电路及方法。

一种火花塞故障诊断电路，应用于点火系统，所述点火系统包括火花塞、初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和所述次级线圈互感，所述火花塞的输入端与所述次级线圈连接，所述火花塞的输出端和所述初级线圈的第一端接地，所述火花塞故障诊断电路包括：

脉冲信号发生器，用于产生脉冲信号；

开关电路，具有控制端、与直流电源连接的输入端和与所述初级线圈的第二端连接的输出端；所述开关电路的控制端与所述脉冲信号发生器连接，用于在所述脉冲信号为第一电平时将所述直流电源和所述初级线圈连通，并在所述脉冲信号为第二电平时将所述直流电源和所述初级线圈断开；

电压检测器，具有与所述初级线圈的第二端连接的输入端，用于检测所述初级线圈的第二端的电压，以根据所述初级线圈的第二端的电压小于阈值电压的持续时间，确定所述火花塞是否故障。

在其中一个实施例中，所述开关电路包括：

第一开关管，所述第一开关管的输入端为所述开关电路的输入端，所述第一开关管的输出端为所述开关电路的输出端；

第二开关管，所述第二开关管的控制端为所述开关电路的控制端，所述第二开关管的输入端与所述第一开关管的控制端连接，所述第二开关管的输出端接地；

分压电阻，所述分压电阻的第一端与所述第一开关管的输入端连接，所述分压电阻的第二端与所述第二开关管的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述第一开关管为p沟道场效应管，所述p沟道场效应管的源极为所述第一开关管的输入端，所述p沟道场效应管的漏极为所述第一开关管的输出端，所述p沟道场效应管的栅极为所述第一开关管的控制端。

在其中一个实施例中，所述第二开关管为npn三极管，所述npn三极管的基极为所述第二开关管的控制端，所述npn三极管的集电极为所述第二开关管的输入端，所述npn三极管的发射极为所述第二开关管的输出端。

在其中一个实施例中，所述火花塞故障诊断电路还包括：

钳位二极管，所述钳位二极管的正极与所述开关电路的输出端连接，所述钳位二极管的负极与所述开关电路的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述火花塞故障诊断电路还包括：

直流电源，所述直流电源的正极与所述开关电路的输入端连接，所述直流电源的负极接地。

在其中一个实施例中，所述火花塞故障诊断电路还包括：

故障诊断器，与所述电压检测器连接，用于在所述初级线圈的第二端的电压小于阈值电压的持续时间达到时间阈值时，确定所述火花塞故障。

在其中一个实施例中，所述故障诊断器包括：

第一比较器，与所述电压检测器连接，用于确定所述初级线圈的第二端的电压是否小于阈值电压；

计时器，与所述第一比较器连接，用于在所述第一比较器确定所述初级线圈的第二端的电压小于阈值电压时进行计时，并在所述初级线圈的第二端的电压大于等于阈值电压时进行清零；

第二比较器，与所述计时器连接，用于在所述计时器的计时达到时间阈值时，确定所述火花塞故障。

在其中一个实施例中，所述点火系统还包括驱动电路，所述驱动电路串联在所述初级线圈的第一端和地之间；所述火花塞故障诊断电路还包括：

使能信号发生器，与所述驱动电路连接，用于生成使能信号，以通过所述驱动电路将所述初级线圈的第一端和地之间一直连通。

一种火花塞故障诊断方法，应用于点火系统，所述点火系统包括火花塞、初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和所述次级线圈互感，所述火花塞的输入端与所述次级线圈连接，所述火花塞的输出端和所述初级线圈的第一端接地，所述火花塞故障诊断方法包括：

控制直流电源间断接入所述初级线圈的第二端；

在所述直流电源未接入所述初级线圈的第二端时，检测所述初级线圈的第二端的电压；

根据所述初级线圈的第二端的电压小于阈值电压的持续时间，确定所述火花塞是否故障。

上述火花塞故障诊断电路及方法，通过开关电路的控制端与产生脉冲信号的脉冲信号发生器连接，开关电路的输入端与直流电源连接，开关电路的输出端与初级线圈的第二端连接，使得直流电源和初级线圈可以在脉冲信号为第一电平时连通，在脉冲信号为第二电平时断开，直流电源间断接入初级线圈的第二端。通过电压检测器的输入端与初级线圈的第二端连接，可以利用电压检测器在直流电源未接入初级线圈的第二端时，检测初级线圈的第二端的电压。

由于初级线圈作为电感器件，会抑制通过电流的变化，因此初级线圈的第二端在直流电源接入初级线圈变为直流电源未接入初级线圈时会产生比初级线圈的第一端高的电压，以维持从初级线圈的第二端到初级线圈的第一端的电流。加上初级线圈的第一端接地，电势稳定为0，因此初级线圈的第二端的电压会升高。

又由于次级线圈与初级线圈互感，火花塞的输入端与次级线圈连接，火花塞的输出端接地，因此次级线圈在直流电源接入初级线圈时会产生流向火花塞的电流。同时次级线圈作为电感器件，也会抑制通过电流的变化，使得正电荷流向火花塞并聚集在火花塞的输入端，火花塞的输入端和输出端之间的电压升高，并且次级线圈上会形成反向电压。这个反向电压通过互感作用，使得初级线圈的第二端产生比初级线圈的第一端低的电压。

当火花塞功能正常时，火花塞的输入端和输出端之间很快被高压击穿，火花塞的输入端聚集的正电荷得到释放，次级线圈上形成的反向电压对初级线圈的第二端的电压基本没有影响，初级线圈的第二端的电压主要为比初级线圈的第一端高的电压，因此初级线圈的第二端的电压小于阈值电压的持续时间很短。当火花塞出现故障时，火花塞的输入端和输出端之间会长时间处于高压状态，次级线圈上形成的反向电压对初级线圈的第二端的电压很大，初级线圈的第二端的电压主要为比初级线圈的第一端低的电压，因此初级线圈的第二端的电压小于阈值电压的持续时间很长。因此，在检测到初级线圈的第二端的电压之后，根据初级线圈的第二端的电压小于阈值电压的持续时间，即可确定出火花塞是否故障，实现对火花塞的故障诊断。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中火花塞故障诊断电路的电路图；

图2为检测电压在火花塞正常时的曲线图；

图3为检测电压在火花塞故障时的曲线图；

图4为一个实施例中故障诊断器的结构示意图；

图5为一个实施例中火花塞故障诊断方法的流程图。

附图标记说明：

10、点火系统；11、驱动电路；

p1、火花塞；l1、初级线圈；l2、次级线圈；d1、保护二极管；

20、火花塞故障诊断电路；21、脉冲信号发生器；22、开关电路；23、电压检测器；24、故障诊断器；25、使能信号发生器；

dc、直流电源；q1、第一开关管；q2、第二开关管；r1、分压电阻；d2、钳位二极管；

41、第一比较器；42、计时器；43、第二比较器。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如图1所示，提供了一种火花塞故障诊断电路，应用于点火系统10。点火系统10包括火花塞p1、初级线圈l1和次级线圈l2。初级线圈l1和次级线圈l2互感。火花塞p1的输入端与次级线圈l2连接，火花塞p1的输出端和初级线圈l1的第一端接地。

其中，初级线圈l1和次级线圈l2组成点火线圈。

示例性地，如图1所示，初级线圈l1和次级线圈l2相对设置。具体来说，初级线圈l1的第一端与次级线圈l2的第一端相对，次级线圈l2的第一端为次级线圈l2与火花塞p1的输入端连接的一端。

示例性地，如图1所示，点火系统10还包括保护二极管d1。保护二极管d1的正极与次级线圈l2的第二端连接，保护二极管d1的负极与初级线圈l1的第二端连接。

示例性地，如图1所示，点火系统还包括驱动电路11。驱动电路11串联在初级线圈l1的第一端和地之间。

在本实施例中，如图1所示，火花塞故障诊断电路20包括脉冲信号发生器21、开关电路22和电压检测器23。脉冲信号发生器21用于产生脉冲信号。开关电路22具有控制端、与直流电源dc连接的输入端和与初级线圈l1的第二端连接的输出端。开关电路22的控制端与脉冲信号发生器21连接，用于在脉冲信号为第一电平时将直流电源dc和初级线圈l1连通，并在脉冲信号为第二电平时将直流电源dc和初级线圈l1断开。电压检测器23具有与初级线圈l1的第二端连接的输入端，用于检测初级线圈l1的第二端的电压，以根据初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间，确定火花塞p1是否故障。

其中，如图1所示，直流电源dc的正极与开关电路22的输入端连接，直流电源dc的负极接地。

第一电平和第二电平为不同的逻辑电平。若第一电平为高电平，则第二电平为低电平；若第一电平为低电平，则第二电平为高电平。

下面先结合图1简单介绍一下本实施例提供的火花塞故障诊断电路的工作过程。

当脉冲信号发生器21产生的脉冲信号为第一电平时，控制端与脉冲信号发生器21连接的开关电路22将输入端连接的直流电源dc和输出端连接的初级线圈l1连通。此时，直流电源dc、初级线圈l1和地形成回路，初级线圈l1内通过从第二端到第一端的电流。次级线圈l1在感应作用下，产生流向火花塞p1的电流。

当脉冲信号发生器21产生的脉冲信号为第二电平时，控制端与脉冲信号发生器21连接的开关电路22将输入端连接的直流电源dc和输出端连接的初级线圈l1断开。此时，初级线圈l1作为感应器件，为了抑制通过电流的变化，在初级线圈l1的第二端产生比第一端高的电压，从而维持从初级线圈l1的第二端到初级线圈l1的第一端的电流。由于初级线圈l1的第一端接地，电势稳定为0，因此初级线圈l1的第二端的电压会升高。与此同时，次级线圈l2也作为电感器件，为了抑制通过电流的变化，会驱使正电荷流向火花塞p1并在火花塞p1的输入端聚集，使得次级线圈l2上形成反向电压。这个反向电压通过互感作用，使得初级线圈l1的第二端产生比初级线圈l1的第一端低的电压。

另外，由于火花塞p1的输出端接地，电势稳定为0，因此火花塞p1的输入端和输出端之间的电压会升高。如果火花塞p1功能正常，则火花塞p1的输入端和输出端之间很快被高压击穿，火花塞p1的输入端聚集的正电荷得到释放。此时，次级线圈l2上形成的反向电压对初级线圈l1的第二端的电压基本没有影响，初级线圈l1的第二端的电压主要为比初级线圈l1的第一端高的电压，因此初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间很短。如图2所示，初级线圈l1的第二端的电压基本上都大于0。

如果火花塞p1出现故障，则火花塞p1的输入端和输出端之间会长时间处于高压状态。此时，次级线圈l2上形成的反向电压对初级线圈l1的第二端的电压很大，初级线圈l1的第二端的电压主要为比初级线圈l1的第一端低的电压，因此初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间很长。如图3所示，初级线圈l1的第二端的电压有一段时间明显小于0。

综上，在检测到初级线圈l1的第二端的电压之后，根据初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间，即可确定出火花塞p1是否故障，实现对火花塞的故障诊断。

在本实施例中，通过脉冲信号发生器产生脉冲信号，开关电路的控制端与脉冲信号发生器连接，可以在脉冲信号为第一电平时将输入端连接的直流电源和输出端连接的初级线圈连通，在脉冲信号为第二电平时将输入端连接的直流电源和输出端连接的初级线圈断开，实现直流电源间断接入初级线圈。再通过将电压检测器的输入端与初级线圈连接，可以检测初级线圈一端的电压，进而检测电压小于阈值电压的持续时间，确定火花塞是否故障，实现火花塞的故障诊断。

需要说明的是，本实施例中的火花塞故障诊断电路可以适用于发动机下线冷试条件下火花塞的故障检测，也可以适用于发动机工作过程中火花塞的故障检测。

具体地，若初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间大于等于时间阈值，则确定火花塞p1故障；若初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间小于时间阈值，则确定火花塞p1没有故障。

示例性地，阈值电压为0。

示例性地，时间阈值为100微秒。

在本实施例中，脉冲信号发生器21为产生脉冲信号的信号发生器。

示例性地，脉冲信号为5v脉冲信号。

示例性地，电压检测器23为电压传感器、电压表、示波器、万用表中的一种。

在一个实施例中，如图1所示，开关电路22包括第一开关管q1、第二开关管q2和分压电阻r1。第一开关管q1的输入端为开关电路22的输入端，第一开关管q1的输出端为开关电路22的输出端。第二开关管q2的控制端为开关电路22的控制端，第二开关管q2的输入端与第一开关管q1的控制端连接，第二开关管q2的输出端接地。分压电阻r1的第一端与第一开关管q1的输入端连接，分压电阻r1的第二端与第二开关管q2的输入端连接。

其中，第一开关管q1和第二开关管q2为能够实现断路和接通的电子器件。具体地，第一开关管q1和第二开关管q2均包括控制端、输入端和输出端。若控制端接入第一电平，则对应的输入端和输出端连通；若控制端接入第二电平，则对应的输入端和输出端断开。

示例性地，第一开关管q1和第二开关管q2为三极管或者场效应管。

下面再结合图1简单介绍一下本实施例提供的开关电路的工作过程。

当脉冲信号发生器21产生的脉冲信号为第一电平时，控制端与脉冲信号发生器21连接的第二开关管q2将输入端连接的第一开关管q1的控制端与输出端连接的地连通，使得第一开关管q1将输入端连接的直流电源dc和初级线圈l1连通。

当脉冲信号发生器21产生的脉冲信号为第二电平时，控制端与脉冲信号发生器21连接的第二开关管q2将输入端连接的第一开关管q1的控制端与输出端连接的地断开，第一开关管q1的控制端通过分压电阻r1与直流电源dc连接，使得第一开关管q1将输入端连接的直流电源dc和初级线圈l1断开。

本实施例中，开关电路包括第一开关管q1、第二开关管q2和分压电阻r1，第二开关管q2的控制端作为开关电路22的控制端，第一开关管q1的输入端和输出端分别作为开关电路22的输入端和输出端，脉冲信号发生器21产生的脉冲信号通过控制第二开关管q2来控制第一开关管q1，可以将直流电源dc和初级线圈l1的连通和断开与脉冲信号隔开，提高开关电路22控制的稳定性。

示例性地，第一开关管q1为p沟道场效应管，p沟道场效应管的源极为第一开关管q1的输入端，p沟道场效应管的漏极为第一开关管q1的输出端，p沟道场效应管的栅极为第一开关管q1的控制端。

第一开关管采用p沟道场效应管实现，不会消耗功率，直流电源dc可以完全加载到初级线圈l1上。而且p沟道场效应管在控制端接入低电平时导通，接入高电平时断开，可以很好地适应开关电路22的实现结构。

示例性地，第二开关管q2为npn三极管，npn三极管的基极为第二开关管q2的控制端，npn三极管的集电极为第二开关管q2的输入端，npn三极管的发射极为第二开关管q2的输出端。

示例性地，第二开关管q2为pnp三极管，pnp三极管的基极为第二开关管q2的控制端，pnp三极管的发射极为第二开关管q2的输入端，pnp三极管的集电极为第二开关管q2的输出端。

第二开关管采用三极管实现，开关速度快，可以及时响应脉冲信号。

在一个实施例中，如图1所示，火花塞故障诊断电路20还包括钳位二极管d2。钳位二极管d2的正极与开关电路22的输出端连接，钳位二极管d2的负极与开关电路22的输入端连接。

本实施例中，将钳位二极管d2并联在开关电路22的输入端和输出端之间，可以从开关电路22的输出端到开关电路22的输入端的电压限定在0.7v以下，避免初级线圈l1的第二端的电压限定在直流电源dc的电压+0.7v以下，对第二开关管q2进行保护。

在一个实施例中，如图1所示，火花塞故障诊断电路20还包括直流电源dc。直流电源dc的正极与开关电路22的输入端连接，直流电源dc的负极接地。

本实施例中，火花塞故障诊断电路20还包括直流电源dc，可以直接为火花塞故障诊断电路20供电。

示例性地，直流电源dc为24v直流电源，满足火花塞的工作需要。

在一个实施例中，如图1所示，火花塞故障诊断电路20还包括故障诊断器24。故障诊断器24与电压检测器23连接，用于在初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间达到时间阈值时，确定火花塞p1故障。

本实施例中，火花塞故障诊断电路20还包括故障诊断器24，故障诊断器24与电压检测器23连接，可以根据初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间，确定火花塞p1是否故障。

在一个实施例中，如图4所示，故障诊断器24包括第一比较器41、计时器42和第二比较器43。第一比较器41与电压检测器23连接，用于确定初级线圈l1的第二端的电压是否小于阈值电压。计时器42与第一比较器41连接，用于在第一比较器41确定初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压时进行计时，并在初级线圈l1的第二端的电压大于等于阈值电压时进行清零。第二比较器43与计时器42连接，用于在计时器42的计时达到时间阈值时，确定火花塞p1故障。

本实施例中，故障诊断器24包括第一比较器41、计时器42和第二比较器43，第一比较器41与电压检测器23连接，可以确定初级线圈l1的第二端的电压是否小于阈值电压。计时器42与第一比较器41连接，可以在第一比较器41确定初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压时进行计时，并在初级线圈l1的第二端的电压大于等于阈值电压时进行清零。第二比较器43与计时器42连接，即可在计时器42的计时达到时间阈值时，确定火花塞p1故障。而且故障诊断器24由第一比较器41、计时器42和第二比较器43实现，实现成本较低。

在实际应用中，在第一比较器41确定初级线圈l1的第二端的电压从大于等于阈值电压变为小于阈值电压时，计时器42开始计时。如果第一比较器41确定初级线圈l1的第二端的电压持续小于阈值电压，则计时器42一直计时。一旦计时器42的计时达到时间阈值，则第二比较器43就会确定火花塞p1故障。反之，如果在计时器42的计时达到时间阈值之前，第一比较器41确定初级线圈l1的第二端的电压又变回大于等于阈值电压，则计时器42会停止计时并进行清零。这样之后第一比较器41确定初级线圈l1的第二端的电压又从大于等于阈值电压变为小于阈值电压时，计时器42会重新开始计时。如此循环，可以保证只有在初级线圈l1的第二端的电压持续小于阈值电压的持续时间达到时间阈值时，才会确定火花塞p1故障。

在另一个实施例中，故障诊断器24包括处理器。处理器与电压检测器23连接，用于确定初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间，并在持续时间达到时间阈值时确定火花塞p1故障。

在本实施例中，故障诊断器24包括处理器，处理器与电压检测器23连接，可以确定初级线圈l1的第二端的电压小于阈值电压的持续时间，并在持续时间达到时间阈值时确定火花塞p1故障。而且故障诊断器24由处理器实现，实现简单方便。

在一个实施例中，如图1所示，当点火系统还包括驱动电路11时，火花塞故障诊断电路20还包括使能信号发生器25。使能信号发生器25与驱动电路11连接，用于生成使能信号，以通过驱动电路11将初级线圈l1的第一端和地之间一直连通。

其中，使能信号发生器25为产生使能信号的信号发生器。

本实施例中，火花塞故障诊断电路20还包括使能信号发生器25，使能信号发生器25与驱动电路11连接，可以生成使能信号，在点火系统还包括驱动电路11时，控制驱动电路11实现初级线圈l1的第一端和地之间一直连通，以保证可以利用检测初级线圈的第二端的电压，确定火花塞是否故障。

如图5所示，提供了一种火花塞故障诊断方法，应用于点火系统。点火系统包括火花塞、初级线圈和次级线圈。初级线圈和次级线圈互感。火花塞的输入端与次级线圈连接，火花塞的输出端和初级线圈的第一端接地。火花塞故障诊断方法包括：

步骤s502，控制直流电源间断接入初级线圈的第二端。

具体地，通过脉冲信号控制串联在直流电源和初级线圈之间的开关电路，实现直流电源间断接入初级线圈的第二端。

步骤s504，在直流电源未接入初级线圈的第二端时，检测初级线圈的第二端的电压。

具体地，通过电压检测器一直检测初级线圈的第二端的电压。

步骤s506，根据初级线圈的第二端的电压小于阈值电压的持续时间，确定火花塞是否故障。

具体地，该步骤s506包括：

若初级线圈的第二端的电压小于阈值电压的持续时间小于阈值时间时，确定火花塞没有故障；

若初级线圈的第二端的电压小于阈值电压的持续时间大于等于阈值时间时，确定火花塞故障。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。