CN102486151B - 双能源独立点火线圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双能源独立点火线圈，属于发动机点火技术领域，该装置由初级线圈、次级线圈、第一单向电路，第二单向电路组成。第一单向电路叠加外部点火能量于火花塞上，它与外部电源和储能器(如电容)连接，储能器则由直流转换器充电储能。第二单向电路与次级线圈高压端相连，用以阻断外部电源对次级线圈的放电。该装置由树脂将电路与线圈绝缘封装在一起，避免各部件之间的产生电弧和漏电，达到双能源独立点火线圈点火的目的。

Description

双能源独立点火线圈

技术领域

本申请涉及汽油发动机点火技术领域，尤其是独立点火线圈点火的装置。

背景技术

为了提高点火效能，控制电磁辐射，现代火花塞发动机点火系通常将点火线圈直接安装在火花塞上，达到去除高压传导线以及随之产生的电磁辐射的目的。由此产生了各种不同类型的火花线圈，如笔式，条式，雪茄式等各种独立点火线圈(directly mounted ignition coil)。现代点火系需要产生超高电压在气缸内启动汽油燃烧过程，但是在火花塞端点电流测试表明，用于燃烧的点火能量并不够。尽管独立点火线圈具有无高压导线、零无效点火模式、正时更准确、结构紧凑等优点，但它不能和双能源结合，达到提高和控制点火能量的目的。

在现有的多种由火花塞点燃内燃发动机气缸内油气混合物的点火方式中，最传统的仍是在火花塞终端两极生成的高电压，造成火花放电，并有少量电流通过。常见的生成高电压的系统有晶体管线圈点火系和电容放电点火系。这些系统可有效提供达到最低火花放电所需要的高电压。点火技术研究的进展表明，由直流转换器充电的电容放电可以和标准点火线圈产生的弱火花叠加，产生大范围的高能点火电弧。美国专利5321978和5197448对此技术有较详细的说明。另一项美国专利4619241将点火线圈，电容和直流转换器一起和树脂封装成为一个整体。但是，这些双能源点火装置只适用于带有高压导线的分电器类点火方式，并不满足独立点火线圈点火系统的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过两种能量叠加提高点火能量的双能源独立点火线圈。

本发明所提供的一种双能源独立点火线圈，包括：封装在树脂中的初级线圈、次级线圈、第一单向电路、第二单向电路，以及配有护套装置的外壳体。第一单向电路的一端与外部电源和储能器连接，该储能器由直流转换器充电储能，该第一单向电路阻断次级线圈作用在火花塞上的高电压对该外部能源的影响。第二单向电路设于该次级线圈与火花塞之间，用于阻断外部电源对独立点火线圈的次级线圈放电。

在本发明的一实施例中，该储能器是电容。

在本发明的一实施例中，该第一单向电路与初级线圈、次级线圈之间由树脂包裹，形成高压绝缘。

在本发明的一实施例中，该护套装置内置弹簧卡便于与火花塞卡紧，该弹簧卡上配有高压连轴或连接电缆与该次级线圈相连。

在本发明的一实施例中，该次级线圈与火花塞之间设有一电阻，该电阻用于抑制该次级线圈产生的电磁干扰。

在本发明的一实施例中，该第一单向电路的另一端与该火花塞直接相接。

在本发明的一实施例中，该第一单向电路、以及该护套装置均有表面屏蔽层以防电磁干扰。

在本发明的一实施例中，该表面屏蔽层由高压绝缘材料组成，以阻断内电弧和信号混合。

在本发明的一实施例中，该双能源独立点火线圈是晶体管点火线圈，或者是电容放电笔式点火线圈。

本发明是一种使用双能源点火的独立点火线圈，具有电路简单，结构紧密，控制叠加能源产生高能点火能量的特点。运用本发明的双能源独立点火线圈不仅保留了独立点火线圈的各种优势，也避免了分电器类双能源点火方式的缺陷，如高压导线老损，电磁辐射，能量衰减等。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1a显示独立点火线圈电路原理。

图1b显示独立点火线圈封装单向电路后与第二能源连接的示意图。

图2显示双能源独立点火线圈的各个零件及组装方式。

图3a、3b为独立点火线圈横切面比较示意图。

具体实施方式

如图1a和1b所示，点火线圈有晶体管放电和电容放电点火(CDI)两种方式。在电容点火方式中，生成火花的能量被电路储存在几百伏的电容里。在点火的同时，该能量从电容里释放到初级线圈，然后经由次级线圈变压为数千伏，在火花塞上产生火花。次级线圈和初级线圈的缠绕比约为500∶1，电容点火方式的线圈不储存能量，因此线圈感应系数可以很低。在晶体管点火方式中，低压电流源(如汽车电池)与点火线圈相连，电流流过线圈产生磁能并储存在线圈里，当电流切断的瞬间，初级线圈的磁场消失产生回扫电压，生成次级线圈上的高电压。因为初级线圈和次级线圈的缠绕比很大，次级线圈的高电压较初级线圈的电压高很多，这种高线圈感应系数使得电流在线圈磁能量用光之前持续流动，从而导致产生的火花燃烧的时间较长(500微秒至1毫秒)。

在双能源系统内，电子控制单元(ECU)发出的输入信号到次级线圈为第一能源，由直流转换器充电的电容提供第二能源。第二能源与次级线圈的高压输出端相连，当火花塞两极空气间隙被击穿产生低电阻时，第二能源将储存的能量释放，叠加到火花塞上次级线圈高电压引发的弱火花上，产生高能量电光弧，使燃料完全燃烧。双能源装置需要安装两个关键的单向电路或二级管，避免双能源各部件之间的相互干扰。第一单向电路保持电流从第二能源到次级线圈出口端的单向流动，并阻断次级线圈的高电压对第二能源的干扰。第二单向电路用于阻断第二能源对次级线圈的放电。如果没有第二单向电路，第二能源会不断向次级线圈放电，引起线圈发热而损坏。本发明实现了双能源之间互不干扰，能量叠加的目的。

图1a显示独立点火线圈电路原理，初级线圈3接收由电子控制单元(ECU)发出的第一能源输入信号，接地端2与汽车发动机缸体连接。次级线圈4的高压输出端7与火花塞相连。第二单向电路5，阻断连接到端口9的第二能源对次级线圈的放电。第一单向电路6保持电流从第二能源200(如直流转换器)到次级线圈出口端的单向流动，并阻断次级线圈高压输出端7的高电压对第二能源200的干扰。

图1a中的保护电阻28在单向电路5与单向电路6失去作用时生成保护电压，输入到反馈控制电路29，由反馈控制电路29自动切断第二能源的输出。反馈控制电路29在第二能源正常工作时，处于断开静止状态。

图1b显示独立点火线圈100封装单向电路后与第二能源200连接的示意图，连接独立点火线圈和第二能源的电线为低阻尼、抗高压电磁辐射的铜导线，粗细为18至14 AWG。

图2显示双能源独立点火线圈的各个零件及组装方式，它是一个广义变压器，缠绕在金属外包线轴上的初级线圈安置在有次级线圈缠绕的金属卷筒内部，便于生成强磁通量。第二能量源通过绝缘线与第一单向电路和火花塞直接连通。

初级线圈11沿纵向缠绕在线轴架10上，线轴架上方有一个长方形槽口12，便于I字型金属外包条13的置入；次级线圈卷筒14由次级线圈缠绕17、输入端15和输出端16组成，内部尺寸可容纳初级线圈线轴架10，以及内含的由I字型金属外包条13与C型组件23，卡件24共同组装成的初级线圈内核25；初级和次级线圈一起安装于外壳体18内。护套装置19内含高压连轴21和帮助与火花塞头22螺旋相接的弹簧卡20，高压连轴21将次级线圈的高压直接传送到火花塞头22。高压阻断元件6(作用范围为3-4万伏)为第一单向电路，避免次级线圈17对第二能源的放电并确保从第二能源到火花塞电流的单向流动，高压阻断元件6与初级、次级线圈总装件均用树脂封装在外壳体18内，树脂可以屏蔽线圈之间、线圈与高压阻断元件之间的电弧干扰。

在一实施例中，高压阻断元件6、以及护套装置19均有表面屏蔽层以防电磁干扰。该表面屏蔽层可由高压绝缘材料组成，以阻断内电弧和信号混合。

图3a、3b为独立点火线圈横切面比较示意图。与电阻28耦合的阻断元件5连接在次级线圈的高压输出端上，阻断元件5为第二单向电路，其作用是阻断第二能源对次级线圈17的持续放电，阻断元件5通常作用范围为数千伏，必须高于第二能源的最大输出极限。电阻28可降低点火线圈工作引起的电磁干扰。阻断元件5也由树脂27封装在外壳体18里面。

图3a显示启动装置19内含高压连轴21和帮助与火花塞头22螺旋相接的弹簧卡20，高压连轴21将次级线圈的高压直接传送到火花塞头22。在这个设计中，第二能源先与阻断元件6连接，再与和阻断元件5连接的次级线圈输出高压叠加，产生高电流，高电压向高压连轴21放电，根据线圈配置和总输出能量的不同，这个设计可能会造成电磁干扰或射频干扰。

而图3b的设计能够克服电磁干扰。用一根同心电缆26代替高压连轴21，将次级线圈、阻断元件5与火花塞头相连，另一根同心电缆将阻断元件6与火花塞头相连，使得第一能源和第二能源产生的能量，尽可能地在靠近火花塞头的地方叠加，这样可以最大限度地减低电磁干扰。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种双能源独立点火线圈，包括：封装在树脂中的初级线圈、次级线圈、第一单向电路、第二单向电路，以及配有护套装置的外壳体，

第一单向电路的一端与外部电源和储能器的一端连接，该第一单向电路的另一端与火花塞直接相接，该储能器由直流转换器充电储能，该第一单向电路阻断次级线圈作用在火花塞上的高电压对该外部能源的影响；

第二单向电路设于该次级线圈的一端与该火花塞之间，用于阻断外部电源对独立点火线圈的次级线圈放电，该次级线圈的另一端连接该外部电源和储能器的另一端。

2.如权利要求1所述的双能源独立点火线圈，其特征在于，该储能器是电容。

3.如权利要求1所述的双能源独立点火线圈，其特征在于，该第一单向电路与初级线圈、次级线圈之间由树脂包裹，形成高压绝缘。

4.如权利要求1所述的双能源独立点火线圈，其特征在于，该护套装置内置弹簧卡便于与火花塞卡紧，该弹簧卡上配有高压连轴或连接电缆与该次级线圈相连。

5.如权利要求1所述的双能源独立点火线圈，其特征在于，该次级线圈的该另一端与该外部电源和储能器的另一端之间设有一电阻，用于抑制该次级线圈产生的电磁干扰。

6.如权利要求2所述的双能源独立点火线圈，其特征在于，该第一单向电路、以及该护套装置均有表面屏蔽层以防电磁干扰。

7.如权利要求6所述的双能源独立点火线圈，其特征在于，该表面屏蔽层由高压绝缘材料组成，以阻断内电弧和信号混合。

8.如权利要求1所述的双能源独立点火线圈，其特征在于，该双能源独立点火线圈是晶体管点火线圈，或者是电容放电笔式点火线圈。