CN1009296B - 高能点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车发动机的蓄电池电子点火装置，它提供了一种改进简化的单个三极管的晶体管线路以及配套的高能点火线圈。流过晶体管和点火线圈初线绕组的电流可以达到18安培，对增大容量的点火线圈采取了有效的散热措施。使用高能点火装置的发动机，在供给低浓度混合气时，可以正常工作而燃料消耗量明显降低。本发明高能点火装置的节约燃料效果较高，结构简单而成本低，也可以用于和汽车类似的交通运输工具或者动力设备。

Description

本发明涉及一种高能点火装置，可以用于汽车及与其类似的设备上，其实质是通过发动机气缸火花塞的电火花，使燃料点火燃烧的一种蓄电池电子点火装置。

汽车上的点火系统的用途是在化油器式发动机起动和工作时，点燃燃料混合气。使用最为普遍的是传统的蓄电池点火系统，它包括蓄电池电源、点火线圈和断电器等部件，其基本的工作方式是在发动机工作时，断电器凸轮旋转，断电器触点依次地闭合和断开，当触发闭合时点火线圈的初级绕组和蓄电池接通，电流通过它并产生磁场;当断电器触点断开时，就切断初级绕组和蓄电池的连接，这时初级绕组产生感应电动势，加上点火线圈的变压作用，在次级线圈产生高压，火花塞电极跳火。现在国内广泛使用的解放牌汽车等都采用上述蓄电池点火装置。现代汽车发动机工业发展的同时，对点火系统提出了更高的要求，即提高可靠性、耐久性并且增加点火线圈的次级电压，这样必须提高断电器的断开电流，而断开电流增加超过一定值，将可能引起断电器触点工作不可靠和使用寿命缩短，因此发展并且普遍应用了蓄电池电子点火系统。

蓄电池电子点火系统的优点在于提高了初级线圈的断开电流、工作可靠性和使用寿命，例如一种采用断电器触点的蓄电池电子点火系统（参见《汽车拖拉机电气设备》第213页，图130，人民交通出版社出版，姜绍信、张筑琼译，苏联费先柯主编），这种点火系统的主要元件是点火线圈、带有断电器的分电盘、附加电阻，以及起动时使其短路的开关，晶体管转换器包括大功率的晶体三极管和二极管。其基本的工作方式是，当断电器触点闭合时，晶体三极管处于饱和状态，沿着点火线圈的初级绕组流过电流，这时，流过断电器触点的电流是晶体三极管基极电流，它的数值比初级线圈的小得多;当断电器触点断开以后，晶体三极管处于截止状态，与晶体三极管并联的二极管，保护晶体三极管防止在初级线圈电路振荡过程中逆向接入，由于晶体三极管截止而切断了点火线圈初级绕组与蓄电池的连接，在次级电路产生高电压，使火花塞电极出现电火花。

上述电子点火系统的优点在于减小了断电路器触点的断开电流，提高了点火系统的工作可靠性，它的不足之处在于工作状态时，初级线圈电流只达到6-8安培，电路中还需要设置保护二极管以及附加电阻。

本发明的目的在于：提供一个电子点火系统应用方面的改进设计方案，简化晶体管装置的线路，增大点火线圈的线圈组件导线的直径，提高点火线圈的容量和散热性能，从而提高电火花的能量，达到点燃低浓度混合气、节约燃料的效果。

本发明的目的是采取以下方式实现的。

根据增大初级线圈电流，提高电火花能量实现节约燃料的方案：

（1）改进点火线圈的设计，提高容量，加强散热，采用加大线圈组件的尺寸和导线直径的措施和采用改进的散热材料。

（2）应用改制的晶体三极管和简化的晶体管线路。

本发明的点火装置对晶体三极管的利用和线路进行了改进和简化如下：其一，只采用一个三极管，并将其集电极接地，使它通过大电流，同时由连接外壳的晶体管散热片散发热量。其二，简化了晶体三极管的二极管保护元件，只采用电阻电容起一定的保护作用，经过改制的晶体管利用了击穿特性，使之通过大电流而开关性能不变;并且利用了电流直线上升而反压小的特性，解决反向过载问题。

本发明点火装置配套的点火线圈采用了大直径的导线，绕组铁芯加大加长，并采用导磁片;同时加大了绕组线圈的直径和长度。采用低熔点低热胀的散热材料，使得点火线圈通过的电流和储存的电磁能量大为增加，而散热性能同时得到加强。

与国外同类型的高能点火装置比较，本发明的点火装置具有以下特点：采用大大简化了的晶体管线路以及国产改制的大电流高反压三极管，配套的点火线圈是初级线圈电流增加为18安培的特大开磁路点火线圈。由于使用国产三极管和简化的晶体管线路，在质量和价格上为产品的技术经济性奠定了良好的基础。

本发明的高能点火装置与传统的点火装置对比，具有显著的节约燃料的良好效果。

以下结合附图和实施例作进一步的详细描述。

图1是已有的一种硅晶体三极管发射极和蓄电池负极接地的点火系统电路图。

图2是本发明的一种硅晶体三极管集电极和蓄电池正极接地的点火装置电路示意图。

图3是本发明的一种锗晶体三极管集电极和蓄电池负极接地的点火装置电路示意图。

图4是本发明的一种线圈组件示意图。

图5是采用图4组件的点火线圈结构示意图。

图6是本发明发动机台架试验的外特性曲线比较图。

参照图1，已有点火系统的主要元件是点火线圈T₁₀、带断电器触点S₃的分电盘、晶体管转换器、附加电阻R₂₀和R₃₀，短路开关S₅，以及点火开关S₄和蓄电池E₀。晶体管转换器包括大功率的晶体三极管V₃、稳压管V₁、二极管V₂及V₄、电阻R₁₀、和电容C₁₀、C₂₀。点火线圈初绕组接在晶体三极管V₃的集电极电路，断电器的触点S₃接在晶体三极管V₃的基极电路，实行对晶体三极管的控制，晶体三极管的发射极电路和蓄电池E₀的负极都接地。

这个电路在点火开关S₄和断电器触点S₃闭合时，晶体三极管V₃处于饱和状态，沿点火线圈初级绕组流过的电流，比较流过触点S₃的晶体三极管基极电流，其数值要大若干倍。断电器触点S₃断开后，晶体三极管处于截止状态，点火线圈与蓄电池之间的电流被切断，次级电路产生击穿火花塞间隙的高电压。

这个电路的特点是：晶体三极管V₃的发射极接地，采用二极管V₁、V₂和V₄，作为电路稳压和保护晶体三极管V₃的元件;配套使用常规点火线圈T₁₀，因而需要附加电阻和起动时用的短路开关。

参照图2，本发明的点火装置的主要元件包括点火线圈T₁、带断电器触点S₁的分电盘，大功率的硅晶体三极管T_r1、电阻R₁、R₂和电容C₁以及正极接地的蓄电池E₁。晶体三极管集电极接地，发射极接点火线圈低压接线柱，基极电路上串联了电阻R₂和断电器触点S₁，然后接地。晶体三极管集电极与发射极之间接入电容器C₁，集电极与基极之间接入电阻R₁，点火线圈T₁的一个低压接线柱接发射极，另一个接线柱接蓄电池E₁的负极。

上述电路中元件的参数是晶体三极管的额定电流18安培左右，电容器C₁为0.1微法，电阻R₁为0.2欧姆、电阻R₂为0.5欧姆。

这个电路的特点是仅采用一个晶体三极管，它的集电极接地，同时只用电容器和电阻对晶体三极管起一定的保护作用，因而电路和元件大大地简化了。电路中的晶体三极管可以用国产普通的5安培或者10安培较小的二极管，改制为可以通过大电流的加大晶体管，在使用过程中，它的开关性能不变，并且工作在击穿特性上。

参照图3，对于负极接地的蓄电池E₂，本发明的点火装置采用锗晶体三极管T₁₂，将其集电极接地，发射极接点火线圈T₁低压接线柱，基极电路串接R₄和断电器触点S₁，然后接地。晶体三极管集电极与发射极之间接入电容器C₂，集电极与基极之间接入电阻R₃，点火线圈T₁的一个低压接线柱接发射极，另一个接线柱接蓄电池E₂的正极。

参照图4，点火线圈的线圈组件包括低压的初级线圈〔11〕、高压的次级线圈〔12〕，铁芯〔13〕以及绝缘 套。初级线圈〔11〕的线径1.35毫米，匝数280，次级线圈〔12〕的线径0.1毫米，匝数28000，线圈的外径为55毫米左右，长度为110毫米左右，铁芯〔13〕的外形尺寸增大为长140毫米、宽和高均为10毫米，采用这样设计的线圈组件，次级线圈〔12〕与初级线圈〔11〕的线径比提高到1∶13.5，匝数比为100∶1，其初级线圈〔11〕的电流和组件的容量大为增加。

参照图5，采用图4组件的点火线圈包括以下部件：陶瓷瓷托〔1〕线圈组件〔2〕、金属支架〔3〕、金属壳体〔4〕、塑料盖〔5〕、低压接线柱〔6〕、橡胶密封垫〔7〕、锥形弹簧〔8〕、支架固定螺钉〔9〕、和两片导磁片〔10〕等。

上述点火线圈的特点是与晶体三极管装置相配套，它不设附加电阻，低压的初级线圈〔11〕，经过接线柱〔6〕直接与晶体管的发射极连接，高压的次级线圈提供给火花塞充分的能量。对于点火线圈的散热方面的措施，首先采用加大外壳〔4〕的直径、增加散热面，其直径可以取为80毫米左右，另外采用低熔点和低热胀系数的油蜡材料，即石蜡与油脂的混合物，作为散热材料，注入点火线圈壳体。注入油蜡时，在壳体〔4〕内部留有15%的空间，并采用真空工艺，封装点火线圈的塑料盖〔5〕，妥善地解决了点火线圈的散热问题。

参照图6，图中的曲线P₁、M₁、g₁、和曲线P₂、M₂、g₂分别是使用普通点火线圈与高能点火线圈的发动机功率扭矩燃料消耗的变化曲线。台架试验的发动机，采用解放CA-10B型改造成解放CA-10C型的发动机，没有经过大修，其运行时数相当于汽车行驶1万公里，试验时使用的化油器型号为231AZG型，未带空气滤清器。

由所绘的曲线可以看出：安装了高能点火装置的发动机，其输出功率由原来P₁的110马力变为P₂的104马力，数值略低但是非常接近;同时燃油消耗由原来2200转/分时g₁的243、4克/马力·小时，降为g₂的219克/马力·小时，数值降低很大，这表明高能点火装置有很好的节油效果。

本发明的高能点火装置应用于汽车发动机上，可以提高汽车运输过程中车辆行驶的节油经济速度。例如解放牌载重汽车的节油经济速度为35～40公里/小时，若速度为45～50公里/小时，油耗将增加10%;使用高能点火装置，可以把速度提高为45～50公里/小时，同时节油12%。由于稀薄的混合气比较完全地燃烧，不仅可以减轻爆震，延长发动机寿命，而且相应减少废气对空气和环境的污染。

发动机台架试验和汽车道路试验结果表明：本发明是一种新型的点火装置，它可以点燃较稀的混合气而使发动机正常运行，在确保发动机有较高功率的情况下，有很好的节油效果。发动机台架试验节油率达8%，汽车道路试验平均节油率为11.9%。若高能点火装置同时与发动机的其他部分，例如化油器、燃烧室、火花分电盘和点火装置绝缘器件的结构和有关技术参数，共同进行综合研究开发，将有更好的节油效果。

Claims (7)

1、一种包括点火线圈、晶体管装置和断电器的发动机蓄电池点火装置，晶体管装置采用一个晶体三极管、基极电路接断电器触点[S₁]或[S₃]，并且在集电极和发射极之间接入电容器[C₁或C₂]，在集电极和基极之间接入电阻[R₁或R₃]，在基极和断电器触点[S₁或S₃]之间接入电阻[R₂或R₄]，其特征在于三极管的集电极接地，发射极接点火线圈的低压接线住[6]，配套的点火线圈的壳体[4]内注入油蜡散热材料。

2、按权利要求1所述的点火装置，其特征在于当蓄电池E₁正极接地时，负极接点火线圈低压接线柱，晶体三极管装置采用硅三极管T_r1。

3、按权利要求1所述的点火装置，其特征在于当蓄电池E₂负极接地时，正极接点火线圈低压接线柱，晶体三极管装置采用锗三极管T_r2。

4、按权利要求1所述的点火装置，其特征在于采用的三极管附属元件的参数，电容器C₁或C₂为0.1微法，电阻R₁或R₃为0.2欧姆，电阻R₂或R₄为0.5欧姆。

5、按权利要求1所述的点火装置，其特征在于初级线圈〔11〕的导线采用φ1.35毫米的漆包线，匝数280，次级线圈〔12〕的导线采用0.1毫米的漆包线，点火线圈壳体〔4〕的直径大增大为80毫米，壳体〔4〕内设导磁片〔10〕两片。

6、按权利要求1所述的点火装置，其特征在于注入点火线圈壳体〔4〕内的散热材料为油脂同石蜡的混合物。

7、按权利要求5、6所述的点火装置，其特征在于注入散热材料时，在壳体〔4〕内部留15%的空间，并采用真空工艺，封装点火线圈盖〔5〕。

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