CN100516503C - 汽油机自激或互激振荡直流点火电源 - Google Patents

Abstract

一种汽油机自激或互激振荡直流点火电源，由直流稳压输入电路、自激或互激振荡电路、选频电路、直流输出电路顺序电连接。直流稳压输入电路由电阻、稳压管和调整三极管电连接组成，自激或互激振荡电路由电阻、振荡三极管、振荡变压器初级反馈及振荡线圈组成，选频电路由电容器组成，直流输出电路由振荡变压器次级线圈和桥式整流二极管组成，并顺序电连接。将因启动或衰老而电压低落、难以提供正常点火电能尤其是电压的蓄电池电压提升到点火电压并充足、稳定提供点火电能，点火强劲使燃烧充分动力充足、并有效延长蓄电池寿命减少报废量、大幅减少环境污染与燃油消耗，利于国家汽车产业与环保国策的协调实施。

Description

汽油机自激或互激振荡直流点火电源

技术领域：

本发明属汽油机启动与点火领域。

背景技术：

汽油机在汽车、摩托车等交通、动力机械设备中使用广泛、用量庞大且基本每十年就将报废并换新、尤其是在其市场容量与需求庞大、发展迅速的中国等许多发展中国家和地区普及汽车的现代社会，前景极其广阔。

但汽油机的安全可靠启动与点火一直是个难题。这主要是因为其带动启动机的蓄电池(俗称电瓶)容量及寿命都极其有限，而启动时因发动机处于完全静止状态没有任何惯力，需启动机、换句话说就是需蓄电池提供强大的动力才能克服静态阻力进入运动状态、并逐渐提高运动速度，而这过程中蓄电池基本处于满负荷甚至超负荷工作状态，特别是在冬天等寒冷环境点火困难及因寒冷机油的粘稠度大增而大幅增加运动阻力，这些因素都导致电阻较大的点火系统难以与电阻基本为零并几乎消耗掉蓄电池全部输出电能的启动机竞争点火所需能源、特别是点火所需电压，而当电压降低到10伏左右或以下时火花很弱、甚至根本没有火花而难成功点火以启动发动机，这就需要继续启动发动机、亦即继续使蓄电池超负荷放电工作而使蓄电池电压进一步快速降低、就更难提供点火所需正常电压而更难成功点火启动，从而形成恶性循环、并使蓄电池迅速报废而大幅增加环境污染和换新使用成本；以天然气及可再生能源如乙醇或乙醇汽油等为燃料时、因浓度等很难与汽油汽化汽相比，冬季成功启动点火会倍觉困难，如果可再生能源含量较高、例如30％以上乙醇汽油点火就更加困难、甚至根本不能点火，这就是我国目前乙醇汽油中乙醇比例仅敢添加很低的10％且仅在很小的范围如东三省部分地区内试点过程中的重要原因之一，即便是在发达国家和地区乙醇添加比例也不过20％、最高水平为30％左右，很难再提高。

蓄电池的设计工作电压仅为12伏、全新电池的最高电压也仅为12.5伏，前述点火电压必须达到12伏、低于10伏则很难点火，亦即点火电压允许变动区间很窄、仅为2伏左右，也就是说基本上只有新电池才能保障点火所需能量和电压的要求，而新电池同样会因上述寒冷、燃料等和下述系列导致点火困难的因素寿命极短。虽然汽车设计的发电机对蓄电池充电电压为14伏，但在启动时发电机的转速极慢，根本不可能达到该设计电压，而是恰恰相反：发电机、风扇与启动机等一样要消耗掉大量本就不足以同步提供点火电能和电压的蓄电池的电能，从而进一步降低点火电能尤其是电压的供给而难以启动，或因大幅、高频率地延长启动时间、使蓄电池大电流过放电并产生高热使电极物质脱落变性甚至熔化变形短路等，使电池容量及出力大为减少而大幅缩减寿命、提前损坏或报废，很多情况下甚至出现因一次点火困难反复启动而使本应还有相当正常寿命的蓄电池当即不可逆损坏(对于汽车等12伏电池的电压降低到10伏以下即为不可逆损坏)，这样的电池虽然还能带动启动机等转动、但因启动时无法再保障点火电压，事实上只能提前报废，甚至因无法点火而抛锚，影响出行、交通和安全，也影响国家汽车产业发展和新能源尤其是可再生能源的应用等系列重大重大国策的实施与进度。

显而易见，如能保障点火电能特别是电压，上述一切难题就都能迎刃而解。

ZL02133874.4汽车舰船机械汽油机用环保起动点火蓄电池授权发明专利，采取提供一个与主蓄电池电压相同且价格不到主蓄电池1/10的小型蓄电池等，不仅解决了点火电压与电能、从而克服蓄电池老化和启动时点火电压与电能不足而难以保障成功点火难题，还解决了点火高压反馈入整车低压电路与电器、尤其是随车昂贵精密电器如卫星定位系统、电脑、电话及视听系统等；利用发电机和主蓄电池即启动蓄电池的电能自动向小蓄电池单向充电、而不会把小蓄电池的电能向点火系统以外的电路和电器放电，并利用二极管的内阻压降、使小蓄电池的充电电压始终会略低于发电机和主蓄电池的电压而使小蓄电池免于因过充电损坏；二极管内阻和小蓄电池有限的电流强度均可限制点火电流过大而频繁烧坏点火触电如白金片及包括停车忘拔点火钥匙即忘关点火开关在内的点火线圈过热等系列难题，并经国家知识产权局专利局法定查新实审和收入世界权威期刊WPI-世界专利索引等而优于日本电池株式会社设计采用两个大容量而价格高的蓄电池、损坏后环境污染和使用成本均增加为两倍而得不偿失，且无抗高压反馈危害功能等相关专利。但ZL02133874.4也有致命弱点即与主蓄电池一样，也会不断衰老、损坏而导致点火功能及工作状态如火弱不稳导致发动机工况不稳、燃烧不全排气中环污成份及含量大幅增加、并大幅增加油耗和降低输出功率，必需不断更换，从而也会增加一定环境污染和使用成本。虽然这对于微观的单一车辆的与主蓄电池损坏而增加的环境污染和使用成本来说不大、可其宏观及累加后果同样举足轻重。

发明内容：

本发明就是为解决上述问题、并出于一个总的发明构思，采用直流稳压输入、自激或互激振荡、选频、交流输出点火电源选择与结合的技术方案设计制造汽油机自激或互激振荡直流点火电源。

本发明的有益效果即优势是能将蓄电池尤其是衰老或报废的难以保障成功点火的蓄电池的低压电自动稳压成自身所需的工作电压并可调，再自动升压到点火所需12-14伏最佳电压区间，并且点火器高压线圈通过铁芯感应等产生的对车载低压电器破坏性很大的正回馈高压、因本发明使用的是高频磁芯且与蓄电池相隔离的低压振荡独立电源，且其磁芯、振荡晶体管等对点火器回馈电压都有多重的削弱、阻挡和隔离作用，故无需再象ZL02133874.4那样使用抗过电压电路和元器件，也不必象ZL02133874.4那样再使用嵌位二极管限制点火电流、因其已有振荡及稳压三极管有限的输入与输出功率和振荡变压器磁芯扼流等的多重有效限制。

本发明不仅因电路及元器件简单而工作安全、可靠，且无需增加任何电池，还可在蓄电池电压降低到10伏以下甚至6伏都能十分顺利地确保成功点火，并且自动调节控制点火在12-14伏允许且最佳电压之间，而如前所述当蓄电池电压降到10伏以下时因不能保障点火已属报废，降到8伏或更低时已属彻底损坏即根本不能再转动启动机，可见本发明不仅能使蓄电池使用寿命达到极限，而且即使在这种情形下仍可通过使用手摇柄或推车方式顺利启动发动机以救急、并能在启动后利用随车发电机对非大电流过放电而损坏的蓄电池进行充电而使其基本恢复正常水平，这对于停车时忘关电门或长期(3-6个月左右、视停用时蓄电池状况)停用又未能及时充电的大量私家车和环境保护来说无疑都是一个福音。

稳压输入方案对应于稳压输出方案、对汽油机点火电源而言优势明显：稳压输入可单独由电压低落的蓄电池稳定地提供振荡电能并满足输出点火电能尤其是电压的需求、因电压低落的蓄电池在提供数十甚至上百安培启动电流时额外提供相对于点火所需的1-数安培电流并不困难、难的是推动点火电流的电压低落而已，而稳压输出如振荡稳定性太差或/和能量不足则很难单独做到这一点，可这却是点火成败的关键所在。

自激振荡直流输出点火电源适合于一切点火器，并具电路简单、元器件少、成本低、点火和燃烧充分、动力充足，故排气中环境污染物质少且节约燃料。

互激振荡直流输出点火电源有两个三极管工作，每管与另一管电位相反、激发与截止交替进行、每管仅轮流工作半周，故除上述优点外，还因输出功率大、发热低等优点而适应于多缸及频繁点火等点火周期及间歇时间短而易发高热并要求点火及储备功率大的点火器。。

振荡变压器较之电容器不仅体积大、且制造与调整(如线圈圈数、空气间隙等)复杂、又很昂贵，故只考虑其功率、体积与制造成本即价格、不应为电感量即频率来设计振荡变压器、即电感量的大小应固定，所以设计为选择无上述任何缺点的电容器来决定振荡电路的工作频率，如相对于振荡变压器数元或数十元其仅数分或数角人民币、可忽略不计，且因L、C并联谐振回路阻抗对其工作频率来说最大且是电阻性(相当于集电极电阻)的、故只有工作频率放大倍数最高，其它频率因不能发生并联谐振、不仅放大倍熟低、同时振荡回路也不是电阻性的、不能满足足够反馈量即振荡幅度这个振荡必要条件而不能维持振荡，所以可去掉其它频率即谐波分量及产生的振荡而达到选频的目的，从而使杂频强度和干扰减到最小限度，这对保障电子点火器、车载电器、各种传感器等的准确安全工作如传感器的误动等非常重要。

显而易见，以上所述的本发明设计采用的技术解决方案及有益效果即优点相对于ZL02133874.4来说是ZL02133874.4难以比拟、完全和完整的创新方案，其创新性和实用性也是ZL02133874.4难以相提并论的。

附图说明：

以下附图以汽车等的电路最常用的负极接地(搭铁)为例进行说明。

附图1是直流稳压输入、自激振荡、选频、直流输出点火电源电原理图。蓄电池B的负极搭铁E，点火回路开关K₂一端与E电连接、另一端接地线D，B的正极与点火输入开关K₁的一端电连接，K₁的另一端与调整晶体三极管J₁集电极c₁和可调电阻R₁一端电连接，R₁另一端与J₁的基极b₁和稳压管T的正极电连接、并作为b₁和T的降压及负载电阻，T的负极接地，J₁的发射极e₁与可调电阻R₂和振荡晶体三极管J₂的集电极c₂电能输入及初级振荡线圈L₁的一端电连接，R₂的另一端与振荡J₂的基极b₂的振荡反馈线圈L₂的一端电连接、并作为b₂的负载电阻，L₁的另一端与c₂电连接，L₂的另一端与b₂电连接，J₂的发射极e₂接地，电容器F与振荡三级管J₂的集电极线圈的两端并联电连接，次级振荡输出线圈L₃的两端与桥式整流电路Q交流端电连接、Q的正极端与点火初级低压线圈L₄的一端电连接、负极端与L₄的另一端接地，点火次级高压线圈L₅的一端为点火高压输出端、另一端接地。

图2是直流稳压输入、互激振荡、选频、直流输出点火电源电原理图。蓄电池B的负极搭铁E，点火回路开关K₂一端与E电连接、另一端接地线D，B的正极与点火输入开关K₁的一端电连接，K₁的另一端与调整晶体三极管J₁集电极c₁和可调电阻R₁一端电连接，R₁另一端与J₁的基极b₁和稳压管T的正极电连接、并作为b₁和T的降压及负载电阻，T的负极接地，J₁的发射极e₁与可调电阻R₂和振荡晶体三极管J₂与J₃的集电极c₂与C₃电能输入及初级振荡线圈L₁的中心抽头端电连接，R₂的另一端与J₂的基极b₂和J₃的基极b₃的振荡反馈线圈L₂的中心抽头端电连接、并作为b₂的负载电阻，L₁的一端与c₂电连接、另一端与c₃电连接，L₂的一端与b₂电连接、另一端与b₃电连接，J₂、J₃的发射极e₂、e₃接地，电容器F₁、F₂分别与其对应的振荡三级管J₂、J₃的集电极线圈的两端并联电连接，次级振荡输出线圈L₃的两端与桥式整流电路Q交流端电连接，Q的正极端与点火初级低压线圈L₄的一端电连接、负极端与L₄的另一端接地，点火次级高压线圈L₅的一端为点火高压输出端、另一端接地。

具体实施方式：

对照图1，蓄电池B标称电压12伏、根据启动机标称功率选用任何类型功率适合的大功率蓄电池、负极搭铁即接地E，汽油机自有的点火回路开关K₂一端与E电连接、另一端接地线D，B的正极与汽油机自有的点火输入开关K₁的一端电连接，K₁的另一端与功率30-100瓦以上、集电极(NPN)电流2-10安以上、耐压50-500伏以上任何型号如2SC、3DD、BU等系列晶体三极管J₁集电极c₁和200-500欧可调电阻R₁一端电连接，R₁另一端与J₁的基极b₁和电压6-8伏、电流300-3000毫安以上任何型号如2CW等系列稳压管T的正极电连接、并作为b₁和T的降压及负载电阻，T的负极接地，J₁的发射极e₁与参数同R1的可调电阻R₂和参数同J₁的晶体三极管J₂的集电极c₂电能输入及初级振荡线圈L₁的一端电连接，R₂的另一端与J₂的基极b₂的振荡反馈线圈L₂的一端电连接、并作为b₂的负载电阻，L₁的另一端与c₂电连接，L₂的另一端与b₂电连接，J₂的发射极e₂接地，电容器F与振荡三级管J₂的集电极线圈的两端并联电连接，次级振荡输出线圈L₃的两端与桥式整流电路Q交流端电连接，Q的正极端与点火初级低压线圈L₄的一端电连接、负极端与L₄的另一端接地，点火次级高压线圈L₅的一端为点火高压输出端、另一端接地。

对照图2，蓄电池B标称电压12伏、根据启动机标称功率选用任何类型功率适合的大功率蓄电池、负极搭铁即接地E，汽油机自有的点火回路开关K₂一端与E电连接、另一端接地线D，B的正极与汽油机自有的点火输入开关K₁的一端电连接，K₁的另一端与功率30-100瓦以上、集电极(NPN)电流2-10安以上、耐压50-500伏以上任何型号如2SC、3DD、BU等系列晶体三极管J₁集电极c₁和200-500欧可调电阻R₁一端电连接，R₁另一端与J₁的基极b₁和电压6-8伏、电流300-3000毫安以上任何型号如2CW等系列稳压管T的正极电连接、并作为b₁和T的降压及负载电阻，T的负极接地，J₁的发射极e₁与可调电阻R₂和与J₁参数相同的晶体三极管J₂的集电极c₂与J₃的集电极C₃电能输入及初级振荡线圈L₁的中心抽头端电连接，R₂的另一端与J₂的基极b₂和J₃的基极b₃的振荡反馈线圈L₂的中心抽头端电连接、并作为b₂的负载电阻，L₁的一端与c₂电连接、另一端与c₃电连接，L₂的一端与b₂电连接、另一端与b₃电连接，J₂、J₃的发射极e₂、e₃接地，电容器F₁、F₂分别与其对应的振荡三级管J₂、J₃的集电极线圈的两端并联电连接，次级振荡输出线圈L₃的两端与桥式整流电路交流端电连接、桥式整流电路Q正极端与点火初级低压线圈L₄的一端电连接、负极端与L₄的另一端接地，点火次级高压线圈L₅的一端为点火高压输出端、另一端接地。

实施例：

电路原理和具体参数等按照图1-4及附图说明和具体实施方式说明即可顺利实施。其它主要元器件参数选择及说明如下：

晶体三极管J₁-J₃选择2SC3858、BU508、3DD15等NPN型，还可组成复合管以提高功率和分散并降低发热量及元器件成本，如50瓦的3DD15的价格仅为近百瓦的大功率三极管2SC3858、BU508等的1/4-1/10，而两颗3DD15就足以与它们媲美，但必须配对使用、以求工作和出力及发热温升与稳定性等系列重要相关性状尽量一致，配对并不难、只需用普通万用表简单测试一下hFE即放大倍数基本一致就可同时很好满足上述一切要求；晶体三极管J₁-J₃也可选择PNP型，只要有关性能参数及电连接电位(与NPN型相反)满足要求即可、但因PNP型管耐压、温升及稳定性和功率等均次于NPN型管，而汽车等的工作条件又很粗犷恶劣、故最好还是尽可能使用NPN型管；可变电阻可在调试后用1-2瓦小型固定电阻代替、以减少体积和元器件成本，为提高稳定、可靠和安全性而使用金属膜或陶瓷线绕电阻；稳压管T虽仅控制J₁基极最大工作电流200毫安左右且本身具可逆性即可恢复性击穿属性，但因其是整个点火电源稳定性保障的控制核心元器件且长期处于击穿状态而发热并累积、很易因温升过高产生热不可逆击穿，故应留有3-5倍甚至更大余地，本发明选用3安价格仅2元人民币的稳压管、发热量很低，彻底解决热击穿后顾之忧；电容器为2200P-0.47μ无极性电容，振荡变压器磁芯为铁氧体磁性材料故体积与重量都很小、外形不限、磁芯截面积以功率大于50瓦或100瓦即可；自激振荡线圈L₁用直径0.5-1毫米漆包线绕50圈、L₂用直径0.2-0.3毫米漆包线绕20圈、互激振荡线圈L₁绕100圈中心抽头、L₂绕40圈中心抽头、如不起振将L₁或L₂两端对调以满足正反馈条件即可起振、L₃用直径0.5-1毫米漆包线绕60-100圈以调试到带上负荷即接通点火线圈L₄电压为12-14伏时的圈数为准，这样做虽然麻烦一点、但可省去输出稳压电路和元器件，不仅简化电路、少耗能(特别是在启动点火能量有限时尤其重要)少发热提高可靠性、还大幅节约成本；桥式整流二极管耐压大于50-500伏、电流大于5-10安；点火线圈L4、L5为车身汽油机自配元器件。

Claims (5)

1、一种汽油机自激或互激振荡直流点火电源，其特征是其由直流稳压输入电路、自激或互激振荡电路、选频电路、直流输出电路顺序电连接。

2、根据权利要求1所述的汽油机自激或互激振荡直流点火电源，其特征是直流稳压输入电路由电阻、稳压管和调整三极管电连接组成，自激或互激振荡电路由电阻、振荡三极管、振荡变压器初级反馈及振荡线圈组成，选频电路由电容器组成，直流输出电路由振荡变压器次级线圈和桥式整流二极管组成，并顺序电连接。

3、根据权利要求1所述的汽油机自激或互激振荡直流点火电源，其特征是主要元器件参数为：三极管功率30-100瓦、耐压50-500伏、电流2-10安，电阻200-500欧可变或固定电阻，稳压管6-8伏、300-3000毫安，电容器为电容量2200p-0.47μF无极性电容器，振荡变压器磁芯为铁氧体磁性材料、磁芯截面积按功率50-100瓦取值，自激振荡线圈L₁用直径0.5-1毫米漆包线绕50圈、L2用直径0.2-0.3毫米漆包线绕20圈，互激振荡线圈L₁用直径0.5-1毫米漆包线绕100圈中心抽头、振荡反馈线圈L₂用直径0.2-0.3毫米漆包线绕40圈中心抽头，次级振荡输出线圈L₃用直径0.5-1毫米漆包线绕60-100圈以调试到带上负荷即接通点火初级低压线圈L₄电压为12-14伏时的圈数为准，桥式整流二极管耐压50-500伏、电流5-10安。

4、根据权利要求1所述的汽油机自激或互激振荡直流点火电源，其特征是三极管是NPN型或PNP型。

5、根据权利要求1所述的汽油机自激或互激振荡直流点火电源，其特征是三极管组合成复合管使用。

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