CN102777308A - 一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种点火系统，尤旨一种用于沼气、天然气或煤层气发电机的四个火花塞循环控制的内燃机点火系统；其特征在于：包括，信号采集装置，用于采集适时信号；信号处理装置，用于信号处理计算及控制变压装置和四路放电点火装置；变压装置，用于放大高频脉冲放出交变电压；高效能供电装置，用于输出稳定电压供信号处理装置和变压装置用电；四路放电点火装置，实现点火操作；报警信号装置，发出报警信号；本发明的有益效果体现为：本发明采用了微计算机的控制技术，其使用高效能的电源系统，降低了其能源消耗，符合环保要求；有效解决点火消耗电源能效，而又贯穿长期燃烧时间输出稳定的所需要的点火功率，且其体积小，安装方便，操作简单制作成本低。

Description

一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统

技术领域

本发明涉及一种点火系统，尤旨一种用于沼气、天然气或煤层气发电机的四个火花塞循环控制的内燃机点火系统。 

背景技术

目前，市面上所用的内燃机基本上均带有某种类型的一个点火电路以便在燃烧缸内产生电火花点燃内燃机，大多数的内燃机的点火系统采用直接的电压或电流输入, 即直流电直接放电点火方式，然后将该输入电压或电流输出在点火线圈上,经感应放大后在火花塞上产生电火花,点燃内燃机，这样也能点火成功,但这种放电点火欠缺稳定性, 对于控制放电点火的双极性晶体管半导体器件,需要具备高耐电压和耐电流性能的器件,其占用点火控制器的空间设计面积大,容易发热,并且其受到内燃机燃料的效率,燃烧的质量,循环燃烧中的易变性和电压电流不稳定的影响,常常引起了火花塞的电弧中断,也导致内燃机燃烧不稳定，整个点火系统体积大,不易小型化,安装不便，操作复杂，制作成本高，不具备环保设计的理念。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种点火系统，尤旨一种用于沼气、天然气或煤层气发电机的四个火花塞循环控制的内燃机点火系统。 

实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：其包括，高效能供电装置、信号采集装置、信号处理装置、变压装置、四路放电点火装置和报警信号装置；所述高效能供电装置分别与信号处理装置、变压装置电性连接，并将一个直流输入电源电压转换为稳定输出电压向所述信号处理装置、变压装置供电；所述信号采集装置与信号处理装置电性相连接，且将采集到的适时信号向所述信号处理装置传输；所述信号处理装置分别与变压装置、四路放电点火装置程控连接，通过微机控制所述变压装置充高电压及四路放电点火装置的点火动作，所述报警信号装置与信号处理装置电性相连，当所述信号采集装置向信号处理装置传送的适时信号为超速信号时显示超速报警。 

其次，所述高效能供电装置，包括电性相连接高效能电源系统芯片和OP1光电耦合器，其主要将8V至36V的直流输入电源转换为稳定的电压输出供所述脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC及所述微计算机芯片（U1）IC用电。 

另外，所述信号采集装置包括内燃机飞轮信号盘、磁性速度传感器及与其电性相连的信号采集芯片（U4）IC； 

磁性速度传感器，其主要采集飞轮转动速度数据；

信号采集芯片（U4）IC，其主要采集所述磁性速度传感器传递转速信号，将该信号再传送至信号处理装置。

再则，所述信号处理装置，其包括电性相连接的主频率为11.0592MHz的微计算机芯片（U1）IC和八档开关及译码芯片（U3）IC； 

微计算机芯片（U1）IC，其一方面用于对所述信号采集芯片（U4）IC传送的适时信号进行处理计算，另一方面控制着所述变压装置及四路放电点火装置；

八档开关，其主要选中其中一档电平信号，使微计算机芯片（U1）IC得编程时间0.1ms到98ms被选中执行时间延迟，得到0度至14度的点火提前分度角延时分度；

译码芯片（U3）IC，其主要输出来自所述微计算机芯片（U1）IC的点火控制信号至所述四路放电点火装置处。

其次，所述变压装置，其中包括耦合交变电路、电流回路检测电路及反馈稳压回路电压调节器电路。 

另外，所述耦合交变电路包括电性相连接脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC、场效应管和变压器T1机构； 

脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC，其主要在接收到所述信号采集芯片（U4）IC发送控制信号时，产生1KHz至200KHz的高频脉冲信号给所述场效应管开关；

场效应管，主要对所述脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC产生的1KHz至200KHz的高频脉冲信号进行放大且作用于所述变压器T1机构。

再则，所述变压器T1机构，包括变压器及储能电容； 

变压器，其主要于所述变压器的初级线圈处对被场效应管放大后的1KHz至200KHz的高频脉冲信号进行交变后，于所述变压器的次级线圈得到1KHz至200KHz的高频且至少为50V到100V的交变电压；

储能电容，主要将所述变压器交变耦合产生的交变电压的能量储存起来。

其次，所述电流回路检测电路，其主要由所述场效应管及电阻组件共同组成，其主要于所述场效应管的漏极和源极检测是否出现过流和电压上升。 

另外，所述反馈稳压回路电压调节器电路，包括三端可调电压（U9）IC和OP2光电耦合器；其主要使所述脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC自我调节脉冲占空比宽度，以1%的电压精度稳定和保持所述变压器T1机构上的高频交变电压至少为50V到100V。 

再则，所述四路放电点火装置，包括放电电路和四个点火机构。 

其次，所述放电电路，包括电性相连接（DS1至DS4）四路光电耦合晶闸管和（SCR1至SCR4）四路可控硅开关管，其组成所述放电电路对所述四个点火机构实现放电持续时间为0.5ms到4ms的放电过程。 

另外，所述四个点火机构，包括四个点火线圈及四个火花塞；所述四个火花塞均通过导线分别与其对应的四个点火线圈相连接，所述点四个火线圈，主要接收高频电压，对所述四个火花塞进行放电点火。 

再则，所述点火装置至少为四个。 

其次，所述报警信号装置，其主要为LED报警信号灯，当内燃机转动速度过大时，发出超速报警信号，以0.225秒显示报警。 

本发明的有益效果体现为：本发明采用了微计算机的控制技术，其使用高效能的电源系统，降低了其能源消耗，符合环保要求；有效解决点火消耗电源能效,而又贯穿长期燃烧时间输出稳定的所需要的点火功率,且其体积小，安装方便，操作简单制作成本低。 

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。 

图2为本发明适当连接的工作原理图。 

图3为本发明详细电路原理图。 

附图标注说明： 

1-信号采集装置；2-信号处理装置；3-变压装置；4-高效能供电装置；5-四路放电点火装置；6-报警信号装置；7-内燃机飞轮信号盘；8-磁性速度传感器；9-信号采集芯片（U4）IC；10-微计算机芯片（U1）IC；11-八档开关；12-译码芯片（U3）IC；13-耦合交变电路；14-电流回路检测电路；15-反馈稳压回路电压调节器电路；16-脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC；17-场效应管；18-变压器T1机构；19-变压器；20-储能电容；21-电阻组件；22-三端可调电压（U9）IC；23-OP2光电耦合器；24-高效能电源系统芯片；25-OP1光电耦合器；26-放电电路；27-四个点火机构；28-（DS1至DS4）四路光电耦合晶闸管；29-（SCR1至SCR4）四路可控硅开关管；30-点火线圈；31-火花塞。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式： 

如图1至3所示，本发明关于一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：其包括，高效能供电装置（4）、信号采集装置（1）、信号处理装置（2）、变压装置（3）、四路放电点火装置（5）和报警信号装置（6）；所述高效能供电装置（4）分别与信号处理装置（2）、变压装置（3）电性连接，并将一个直流输入电源电压转换为稳定输出电压向所述信号处理装置（2）、变压装置（3）供电；所述信号采集装置（1）与信号处理装置（2）电性相连接，且将采集到的适时信号向所述信号处理装置（2）传输；所述信号处理装置（2）分别与变压装置（3）、四路放电点火装置（5）程控连接，通过微机控制所述变压装置（3）充高电压及四路放电点火装置（5）的点火动作，所述报警信号装置（6）与信号处理装置（2）电性相连，当所述信号采集装置（1）向信号处理装置（2）传送的适时信号为超速信号时显示超速报警。

其次，所述高效能供电装置（4），包括电性相连接高效能电源系统芯片（24）和OP1光电耦合器（25），其主要将8V至36V的直流输入电源转换为稳定的电压输出供所述脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16）及所述微计算机芯片（U1）IC（10）用电。 

另外，所述信号采集装置（1）包括内燃机飞轮信号盘（7）、磁性速度传感器（8）及与所述磁性速度传感器电性相连接的信号采集芯片（U4）IC（9）； 

磁性速度传感器（8），其主要采集飞轮转动速度数据；

信号采集芯片（U4）IC（9），其主要采集所述磁性速度传感器（8）传递转速信号，将该信号再传送至信号处理装置（2）。

再则，所述信号处理装置（2），其包括电性相连接的主频率为11.0592MHz的微计算机芯片（U1）IC（10）和八档开关（11）及译码芯片（U3）IC（12）； 

微计算机芯片（U1）IC（10），其一方面用于对所述信号采集芯片（U4）IC（9）传送的适时信号进行处理计算，另一方面控制着所述变压装置（3）及四路放电点火装置（5）；

八档开关（11），其主要选中其中一档电平信号，使微计算机芯片（U1）IC（10）得编程时间0.1ms到98ms被选中执行时间延迟，得到0度至14度的点火提前分度角延时分度；

译码芯片（U3）IC（12），其主要输出来自所述微计算机芯片（U1）IC（10）的点火控制信号至所述四路放电点火装置（5）处。

其次，所述变压装置（3），其中包括耦合交变电路（13）、电流回路检测电路（14）及反馈稳压回路电压调节器电路（15）。 

另外，所述耦合交变电路（13）包括电性相连接脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16）、场效应管（17）和变压器T1机构（18）； 

脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16），其主要在接收到所述信号采集芯片（U4）IC（9）发送控制信号时，产生1KHz至200KHz的高频脉冲信号给所述场效应管（17）开关；

场效应管（17），主要对所述脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16）产生的1KHz至200KHz的高频脉冲信号进行放大且作用于所述变压器T1机构（18）。

再则，所述变压器T1机构（18），包括变压器（19）及储能电容（20）； 

变压器（19），其主要于所述变压器（19）的初级线圈处对被场效应管（17）放大后的1KHz至200KHz的高频脉冲信号进行交变后，于所述变压器（19）的次级线圈得到1KHz至200KHz的高频且至少为50V到100V的交变电压；

储能储能电容（20），主要将所述变压器（19）交变耦合产生的交变电压的能量储存起来。

其次，所述电流回路检测电路（14），其主要由所述场效应管（17）及电阻组件（21）共同组成，其主要于所述场效应管（17）的漏极和源极检测是否出现过流和电压上升。 

另外，所述反馈稳压回路电压调节器电路（15），包括三端可调电压（U9）IC（22）和OP2光电耦合器（23）；其主要使所述脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16）自我调节脉冲占空比宽度，以1%的电压精度稳定和保持所述变压器T1机构（18）上的高频交变电压至少为50V到100V。 

再则，所述四路放电点火装置（5），包括放电电路（26）和四个点火机构（27）。 

其次，所述放电电路（26），包括（DS1至DS4）四路光电耦合晶闸管（28）和（SCR1至SCR4）四路可控硅开关管（29），其组成所述放电电路（26）对所述四个点火机构（27）实现放电持续时间为0.5ms到4ms的放电过程。 

另外，所述四个点火机构（27），包括四个点火线圈（30）及四个火花塞（31）；所述四个火花塞（31）均通过导线分别与其四个点火线圈（30）相连接，所述四个点火线圈（30），主要接收高频电压，对所述四个火花塞（31）进行放电点火。 

再则，所述点火装置至少为四个。 

其次，所述报警信号装置（6），其主要为LED报警信号灯，当内燃机转动速度过大时，发出超速报警信号，以0.225秒显示报警。 

首先由高效能供电装置（4），包括高效能电源系统芯片（24）和OP1光电耦合器（25），它将直流输入电源8V至36V的电压，经其耦合作用转换为稳定的电压输出10V，向脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16）供电，同时，经其耦合作用转换出稳定的电压输出5V，向微计算机芯片（U1）IC（10）供电，启动本实用新型的整个系统，由于设计上采用了高效能电源系统芯片（24），电源效率可达73%至94%,使得本实用新型整个系统工作用电电流约100mA，极大地提高了能源使用率且降低了能源消耗，达到了环保节能的设计目的；此外，当输入的电源低于8V时，其高效能电源系统芯片（24）和OP1光电耦合器（25）将关闭且切断输出电压，达到了保护微计算机芯片（U1）IC（10）正常用电的目的。 

于此同时，信号采集装置（1）启动，其中内燃机飞轮轴信号盘随即转动，其转速通过磁性速度传感器（8）收集并发送至信号采集芯片（U4）IC（9），当信号采集芯片（U4）IC（9）采集到由磁性速度传感器（8）发来的信息时，随即将其适时信号发送至信号处理装置（2）处，此时，信号处理装置（2）便启动运行。 

在信号处理装置（2）收到来自信号采集芯片（U4）IC（9）的适时信号时，主频率为11.0592MHz的微计算机芯片（U1）IC（10）便对其适时信号进行输入处理计算，当转速不大于2000转每分钟的时候，微计算机芯片（U1）IC（10）随后对变压装置（3）发出充高电压的适时信号，变压装置（3）收到此适时信号后，其脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16）启动，自身产生1KHz至200KHz的高频脉冲信号给变压装置（3）中的场效应管（17），经该场效应管（17）放大后，脉冲作用于变压器（19）的初级线圈上，经交变能量耦合到变压器（19）的次级线圈上，使次级线圈得到1KHz至200KHz的高频电压，产生至少为50V到100V的交变电压，并储能于储能电容（20）上，随后，三端可调电压（U9）IC（22）和OP2光电耦合器（23）组成的反馈稳压回路电压调节器电路（15）也启动，通过三端可调电压（U9）IC（22）和OP2光电耦合器（23）的共同作用下，将储能电容（20）上的储能信息其精密稳压反馈到脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16）处，使脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16）不断地自行调节其产生的1KHz至200KHz的高频脉冲信号的脉冲占空比宽度，以精度为1%的电压精度控制变压器（19）和储能电容（20）上至少为50V到100V的高频交变电压；同时，电流回路检测电路（14）也随即生效，当场效应管（17）的漏极和源极出现过流和电压上升的情况时，如果电压大于1V，电压经电阻组件（21）送入脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16），脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC（16）将停止产生1KHz至200KHz的高频脉冲信号，场效应管（17）的门极也同时被关闭，变压器（19）也停止产生至少为50V到100V的交变电压，停止输出点火电压，防止了由于变压器（19）线圈的故障，导致场效应管（17）的漏极和源极出现过流和电压上升仍继续点火，从而损坏内燃机，达到了保护设计的目的；在微计算机芯片（U1）IC（10）随后对变压装置（3）发出充高电压的适时信号同时，于微计算机芯片（U1）IC（10）本身的软件程序执行将电平信号逐一经过八档开关（11），当八档开关（11）中的其中一档选中该电平信号，使微计算机芯片（U1）IC（10）内的软件编程时间0.1ms到98ms被选中执行时间延迟，从而得到点火提前角延时分度，延时分度可调0度至14度，调节后，再送出0.5ms到4ms的放电时间信号，完成后，微计算机芯片（U1）IC（10）会输出放电信号编码，经译码芯片（U3）IC（12）译码后输出放电信号到四路放电点火装置（5）上。 

在四路放电点火装置（5）中的第一路四个点火机构（27）在收到来自译码芯片（U3）IC（12）的放电信号时，由（DS1至DS4）四路光电耦合晶闸管（28）和（SCR1至SCR4）四路可控硅开关管（29）组成的放电电路（26），实施其放电过程，（DS1至DS4）四路光电耦合晶闸管（28）中的单一路由微计算机芯片（U1）IC（10）按软件程序的执行，将储能于变压器（19）和储能电容（20）上的1KHz至200KHz的高频电压，至少为50V到100V的交变电压供给四个点火机构（27），四个点火机构（27）上的点火线圈（30）在收到该交变电压后，经点火线圈（30）的作用，使与其连接的火花塞（31）点燃，该放电持续时间为0.5ms到4ms，四路四个点火机构（27）逐一微计算机芯片（U1）IC（10）程控重复上述点火程序循环点燃，由此实现了顺序循环单一点火。 

当内燃机转动速度大于每分钟2000转的时候，其转速通过磁性速度传感器（8）收集并发送至信号采集芯片（U4）IC（9），该转速信号经信号采集芯片（U4）IC（9）发送至微计算机芯片（U1）IC（10）中进行检测并计算，随即微计算机芯片（U1）IC（10）会发出停止点火的信号，并且该信号被送往报警信号装置（6），其LED报警信号灯会，以0.225秒显示报警发出超速报警信号，达到超速保护内燃机的功能。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (10)

1.一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：其包括，高效能供电装置、信号采集装置、信号处理装置、变压装置、四路放电点火装置和报警信号装置；所述高效能供电装置分别与信号处理装置、变压装置电性连接，并将一个直流输入电源电压转换为稳定输出电压向所述信号处理装置、变压装置供电；所述信号采集装置与信号处理装置电性相连接，且将采集到的适时信号向所述信号处理装置传输；所述信号处理装置分别与变压装置、四路放电点火装置程控连接，通过微机控制所述变压装置充高电压及四路放电点火装置的点火动作，所述报警信号装置与信号处理装置电性相连，当所述信号采集装置向信号处理装置传送的适时信号为超速信号时显示超速报警。

2.根据权利要求1所述一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：所述高效能供电装置，包括电性相连接高效能电源系统芯片和OP1光电耦合器，其主要将8V至36V的直流输入电源转换为稳定的电压输出供所述脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC及所述微计算机芯片（U1）IC用电。

3.根据权利要求1所述一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：所述信号采集装置包括内燃机飞轮信号盘、磁性速度传感器及与所述磁性速度传感器电性相连的信号采集芯片（U4）IC；

磁性速度传感器，其主要采集飞轮转动速度数据；

信号采集芯片（U4）IC，其主要采集所述磁性速度传感器传递转速信号，将该信号再传送至信号处理装置。

4.根据权利要求1所述一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：所述信号处理装置，其包括电性相连接的主频率为11.0592MHz的微计算机芯片（U1）IC、及八档开关及译码芯片（U3）IC；

微计算机芯片（U1）IC，其一方面用于对所述信号采集芯片（U4）IC传送的适时信号进行处理计算，另一方面控制着所述变压装置及四路放电点火装置；

八档开关，其主要选中其中一档电平信号，使微计算机芯片（U1）IC得编程时间0.1ms到98ms被选中执行时间延迟，得到0度至14度的点火提前分度角延时分度；

译码芯片（U3）IC，其主要输出来自所述微计算机芯片（U1）IC的点火控制信号至所述四路放电点火装置处。

5.根据权利要求1所述一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：所述变压装置，其中包括耦合交变电路、电流回路检测电路及反馈稳压回路电压调节器电路；

所述耦合交变电路包括电性相连接脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC、场效应管和变压器T1机构；

脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC，其主要在接收到所述信号采集芯片（U4）IC发送控制信号时，产生1KHz至200KHz的高频脉冲信号给所述场效应管开关；

场效应管，主要对所述脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC产生的1KHz至200KHz的高频脉冲信号进行放大且作用于所述变压器T1机构；

所述变压器T1机构，包括变压器及储能电容；

变压器，其主要于所述变压器的初级线圈处对被场效应管放大后的1KHz至200KHz的高频脉冲信号进行交变后，于所述变压器的次级线圈得到1KHz至200KHz的高频且至少为50V到100V的交变电压；

储能电容，主要将所述变压器交变耦合产生的交变电压的能量储存起来；

所述电流回路检测电路，其主要由所述场效应管及电阻组件共同组成，其主要于所述场效应管的漏极和源极检测是否出现过流和电压上升；

所述反馈稳压回路电压调节器电路，包括三端可调电压（U9）IC和OP2光电耦合器；其主要使所述脉冲频率发生电路PWM芯片（U8）IC自我调节脉冲占空比宽度，以1%的电压精度稳定和保持所述变压器T1机构上的高频交变电压至少为50V到100V。

6.根据权利要求1所述一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：所述四路放电点火装置，包括放电电路和四个点火机构。

7.根据权利要求10所述一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：所述放电电路，包括电性相连接（DS1至DS4）四路光电耦合晶闸管和（SCR1至SCR4）四路可控硅开关管，其组成所述放电电路对所述四个点火机构实现放电持续时间为0.5ms到4ms的放电过程。

8.根据权利要求1所述一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：所述四个点火机构，包括四个点火线圈及四个火花塞；所述四个火花塞均通过导线分别与其对应的四个点火线圈相连接，所述点四个火线圈，主要接收高频电压，对所述四个火花塞进行放电点火。

9.根据权利要求1所述一种四个火花塞循环控制的内燃机点火系统，其特征在于：所述点火装置至少为四个。

10.根据权利要求1所述一种四路火花塞循环控制内燃机的点火系统，其特征在于：所述报警信号装置，其主要为LED报警信号灯，当内燃机转动速度过大时，发出超速报警信号，以0.225秒显示报警。

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