点火线圈故障诊断系统及方法与流程

本发明涉及一种点火线圈故障诊断系统及方法。

背景技术：

目前，对点火线圈的诊断可以通过驾驶经验判断，拆下每个点火线圈，通过测量电压的方法确定哪个点火线圈出现故障；还有点火线圈故障检测模块根据曲轴信号计算气缸的半圈周期信息及发动机运转信息判断点火线圈是否出现故障。第一种方法较为通用，但是这种方法不能在车辆行驶过程中进行，必须停车拆卸点火线圈进行检测，结果不一定准确。

授权公告号cn102852693b的中国发明专利公开了一种点火线圈故障诊断系统及其诊断方法，它根据曲轴信号计算气缸的半圈周期信息及发动机运转信息判断点火线圈是否出现故障，它虽然能判断出故障，但无法区分是点火线圈自身故障还是点火线圈连接线故障，而且，整个系统结构原理复杂，设计成本较高。

在教学方面，传统点火线圈教学设备只是将原车发动机电脑和点火线圈展示出来，但点火线圈的故障诊断电路被集成到发动机电脑中，不对外开放，学生无法知晓点火线圈故障诊断的方法，理论与实践无法结合，不便于深入教学。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述的问题，本发明提出一种结构原理简单，能够区分点火线圈自身故障还是点火线圈连接线故障的点火线圈故障诊断系统及方法。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种点火线圈故障诊断系统，它包括电源故障监测电路、驱动故障监测电路、微处理器和与所述微处理器连接的故障显示装置，

所述电源故障监测电路包括短路保护单元和信号监测端，所述短路保护单元包括三极管q1、三极管q2、电阻r1、电阻r2、二极管d1和电容c1，所述三极管q1的基极与三极管q2的集电极连接，三极管q1的集电极串接二极管d1，三极管q1的发射极连接输入电源+12v；所述三极管q2的基极串接电阻r2后与负载端连接，三极管q2的发射极接地；所述电阻r1连接在输入电源+12v和负载端之间；所述电容c1的一端连接在负载端，另一端接地；所述信号监测端一端连接在负载端另一端连接所述微处理器，信号监测端包括电阻r3和钳位二极管d2；

所述驱动故障监测电路包括信号处理单元，用于产生点火线圈驱动电压vdrv；电压比较单元，用于比较信号处理单元输出的电压是否在参考电压范围内；故障输出使能控制单元，用于控制故障输出是否有效，故障输出使能控制单元的输出端连接所述微处理器。

进一步的，所述信号处理单元包括连接在驱动信号输入端drv的电阻r4和电阻r5，所述电压比较单元包括比较器u1、比较器u2和电阻r6，所述故障输出使能控制单元包括或非门u3；所述比较器u1的负输入端和比较器u2的正输入端连接所述信号处理单元的输出电压；所述比较器u1的正输入端连接参考电压ref-h，比较器u2的负输入端连接参考电压ref-l；比较器u1和比较器u2的输出端连接或非门u3的一个输入端，或非门的另一个输入端为使能端en，或非门u3的输出端连接所述微处理器。

进一步的，当ref-l<vdrv<ref-h，电压比较单元输出逻辑1；当vdrv>ref-h，vdrv>ref-l，电压比较单元输出逻辑0；当vdrv<ref-h，vdrv<ref-l，电压比较单元输出逻辑0；当vdrv>ref-h，vdrv>ref-l，电压比较单元输出逻辑0。

进一步的，所述电压比较单元的比较器u1和比较器u2的输出端分别与所述微处理器的io引脚连接，所述微处理器根据或非门u3的输出逻辑值和比较器u1和比较器u2的逻辑值判断故障类别。

进一步的，所述故障显示装置包括指示灯和语音报警器。

本发明提出的基于上述点火线圈故障诊断系统的点火线圈故障诊断方法，包括以下步骤：

s1、采集电源电压信号和驱动信号线电压信号；

s2、设参考电压ref-l和ref-h，点火线圈驱动电压为vdrv；在停止点火时，使能端en为低电平；

s3、当电源电压为零时，输出“电源短路”；

当ref-l<vdrv<ref-h，输出“驱动信号正常”；

当vdrv>ref-h，vdrv>ref-l，且电源电压正常时，输出“驱动信号线断路”；

当vdrv<ref-h，vdrv<ref-l，输出“驱动信号线和地短路”；

当vdrv>ref-h，vdrv>ref-l，且电源电压为零时，输出“驱动信号线与电源短路”。

本发明的有益效果是：

它对电源和驱动信号线路进行实时监测，由比较器实现点火线圈驱动电压和参考电压的比较，从而判断驱动信号线路的各种故障并显示；而电源故障监测电路不仅实现了对电源信号的实时监测，而且短路保护单元可以在点火线圈驱动电源短路时提供电源短路保护，信号监测端的钳位二极管d2用于保护后级故障检测单元。本发明的结构原理简单，用于教学实验箱上能够让学生更容易掌握点火线圈故障原理，便于理论结合实践式的高效教学。而且，它应用在汽车上时，具有成本低，监测准确的优点，可在车辆行驶过程中对点火线圈进行实时监测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的系统原理示意图；

图2为本发明的电源故障监测电路原理图；

图3为本发明的驱动故障监测电路原理图。

具体实施方式

下面结合图1-图3对本发明的具体实施例做详细描述：

本发明的点火线圈故障诊断系统包括电源故障监测电路、驱动故障监测电路、微处理器和与所述微处理器连接的故障显示装置。电源故障监测电路、驱动故障监测电路和故障显示装置分别与微处理器连接。所述故障显示装置包括指示灯和语音报警器，还可以包括液晶显示屏。

如图2所示，所述电源故障监测电路包括短路保护单元和信号监测端。所述短路保护单元包括三极管q1、三极管q2、电阻r1、电阻r2、二极管d1和电容c1，所述三极管q1的基极与三极管q2的集电极连接，三极管q1的集电极串接二极管d1，三极管q1的发射极连接输入电源+12v。所述三极管q2的基极串接电阻r2后与负载端(12v)连接。三极管q2的发发射极接地。所述电阻r1连接在输入电源+12v和负载端(12v)之间。所述电容c1的一端连接在负载端(12v)，另一端接地。信号监测端包括电阻r3和钳位二极管d2，所述信号监测端的电阻r3一端连接在负载端(12v)另一端(pwr-fault接口)连接所述微处理器。钳位二极管d2连接在pwr-fault接口处。

电源故障监测电路的原理为：电源在正常情况下，由“+12v”进入，再通过电阻r1、电阻r2到达三极管q2的基极，将三极管q2导通，进而导通三极管q1，“+12v”通过三极管q1、二极管d1，经过电容c1滤波，输出“12v”，最终提供给点火线圈驱动电源。“12v”经过电阻r3限流和二极管d2钳位限压到5v后，电源短路故障诊断信号从“pwr_fault”接口输出，即电源正常则输出5v高电平。

在电源短路情况下，即“12v”和地短路，左侧“+12v”通过电阻r1到达右侧“12v”，由于此时“12v”和地短路，电阻r1右侧电压为0v，此时三极管q2不导通，进而三极管q1不导通，左侧“+12v”就不会通过三极管q1和二极管d1而造成短路，从而保护了电源，此时pwr_fault接口输出0v。

所述驱动故障监测电路包括信号处理单元，用于产生点火线圈驱动电压vdrv；电压比较单元，用于比较信号处理单元输出的电压是否在参考电压范围内；故障输出使能控制单元，用于控制故障输出是否有效，故障输出使能控制单元的输出端连接所述微处理器。

如图3所示驱动故障监测电路的一个优选实施例，所述信号处理单元包括连接在驱动信号输入端drv的电阻r4和电阻r5，电阻r4一端接+5v电源，电阻r5的一端接地。所述电压比较单元包括比较器u1、比较器u2和电阻r6。所述比较器u1的负输入端和比较器u2的正输入端连接所述信号处理单元的输出电压；所述比较器u1的正输入端连接参考电压ref-h，比较器u2的负输入端连接参考电压ref-l。

所述故障输出使能控制单元包括或非门u3；比较器u1和比较器u2的输出端连接或非门u3的一个输入端，或非门的另一个输入端为使能端en(在停止点火时，en为低电平0时有效)，或非门u3的输出端连接所述微处理器。电阻r6的一端连接+5v电压，另一端与比较器u1的输出端连接。为了更精准的判断故障类别，所述电压比较单元的比较器u1和比较器u2的输出端分别与所述微处理器的io引脚连接，所述微处理器根据或非门u3的输出逻辑值和比较器u1和比较器u2的逻辑值判断故障类别。

驱动故障监测电路的工作原理为：点火线圈驱动信号线自身有一定阻值rs，drv到地之间的阻值为rt＝1/(1/rs+1/r5)，vdrv＝rt/(r4+rt)，设置参考电压ref-l和ref-h。

驱动信号正常时，re-l<vdrv<ref-h，比较器u1输出逻辑1，比较器u2输出逻辑1，则或非门u3的一路输入就为1，在停止点火时(即en为低电平0时有效)，drv-fault输出逻辑0。这时故障显示装置不动作。

当驱动信号线断路时，vdrv增大，此时vdrv>ref-h，且vdrv>ref-l，此时比较器u1输出逻辑0，比较器u2输出逻辑1，则或非门u3的一路输入就为0，在停止点火时(即en为低电平0时有效)，drv-fault输出逻辑1。这时微处理器根据比较器u1输出逻辑值0，u2的输出逻辑值1和u3输出的逻辑值1，且电源电压正常时，判断为驱动信号线断路故障，故障显示装置进行语音播报和/或灯光警示。

当驱动信号线和地短路时，vdrv＝0v，此时vdrv<ref-h，且vdrv<ref-l，比较器u1输出逻辑1，比较器u2输出逻辑0，则或非门u3的一路输入就为0，在停止点火时(即en为低电平0时有效)，drv-fault输出逻辑1。这时微处理器根据比较器u1输出逻辑值1，u2的输出逻辑值0和u3输出的逻辑值1，判断为驱动信号线和地短路故障，故障显示装置进行语音播报和/或灯光警示。

当驱动信号线和电源短路时，vdrv增大，此时vdrv>ref-h且vdrv>ref-l，比较器u1输出逻辑0，比较器u2输出逻辑1，则或非门u3的一路输入就为0，在停止点火时(即en为低电平0时有效)，drv-fault输出逻辑1。这时微处理器根据比较器u1输出逻辑值0，u2的输出逻辑值1和u3输出的逻辑值1，且电源电压为零，判断为驱动信号线与电源短路故障，故障显示装置进行语音播报和/或灯光警示。

本发明提出的基于上述点火线圈故障诊断系统的点火线圈故障诊断方法，包括以下步骤：

s1、电源故障监测电路采集电源电压信号，驱动故障监测电路采集驱动信号线电压信号。

s2、设参考电压ref-l和ref-h，点火线圈驱动电压为vdrv；在停止点火时，使能端en为低电平。

s3、当电源电压为零时，且驱动信号正常时，微处理器输出“电源短路”的信号。故障显示装置不动作或者亮绿灯。

当ref-l<vdrv<ref-h，驱动故障监测电路的或非门u3输出逻辑值0，微处理器输出“驱动信号正常”信号。

当vdrv>ref-h，vdrv>ref-l，且电源电压正常时，驱动故障监测电路的或非门u3输出逻辑值1，且比较器u1的输出端为逻辑值0，比较器u2的输出端为逻辑值1，微处理器输出“驱动信号线断路”信号。

当vdrv<ref-h，vdrv<ref-l，驱动故障监测电路的或非门u3输出逻辑值1，且比较器u1的输出端为逻辑值1，比较器u2的输出端为逻辑值0，微处理器输出“驱动信号线和地短路”信号。

当vdrv>ref-h，vdrv>ref-l，且电源电压为零时，驱动故障监测电路的或非门u3输出逻辑值1，且比较器u1的输出端为逻辑值0，比较器u2的输出端为逻辑值1，微处理器输出“驱动信号线与电源短路”信号。

以上所述结合附图对本发明的优选实施方式和实施例作了详述，但是本发明并不局限于上述实施方式和实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出其它若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。