CN1041956C - 内燃机点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明所给出的内燃机点火装置设置有对应于内燃机的旋转产生点火信号的点火信号发生器、包含有连接到该点火信号发生器一端对点火信号进行整形和放大的差分放大器的信号放大电路、包含有由该信号放大电路所产生的开关信号进行开关控制的输出晶体管的输出电路、依靠该输出晶体管的通断来断续地接通电流的点火线圈、以及提供给该点火信号发生器的另一端以偏置电压及该差分放大器以基准电压的基准电压产生电路。

Description

内燃机点火装置

本发明是涉及由信号放大电路对由内燃机旋转产生的点火信号进行整形和放大、并以此作为开关信号来对与点火线圈相连的输出晶体管进行开关控制、使得给点火线卷断续供电而产生点火电压的内燃机点火装置，特别是涉及借助于提高内燃机启动和正常工作时的信号放大电路的误操作电平(对应于动作延时)的同时，对在输出晶体管所确定的截止期间输入到信号放大电路的点火信号进行屏蔽，来防止因由内燃机转动时所产生的振动干扰及点火时所发生的点火干扰叠加于点火信号之上而使输出晶体管产生误操作的内燃机点火装置。

迄今已知的内燃机点火装置均是利用例如电磁式检测装置等的旋转传感器来产生与内燃机转动相对应的点火信号，并由信号放大电路对此点火信号进行整形和放大而获得的高低电平的矩形波作为开关信号，以此开关信号来控制输出晶体管的导通和截止操作。

这里，开关信号开通时间对应于输出晶体管导通、亦即点火线圈的通电时期，而信号断开时间则对应于输出晶体管截止、亦即点火线圈通电遮断时期(点火时期)。

因此，为了抑制因对开关信号断开时间(点火时期)的控制偏差及叠加于点火信号上的干扰的影响，而将断开动作阈值作得较导通阈值更低的滞后动作状态。用作产生这样的开关信号的信号放大电路，目前采用施密特电路和差分放大器。

但是，在采用施密特电路的情况下，在直流电源电压(电池电压)很小的范围中其滞后作用减小而使抗干扰性能恶化，因通常发动机启动时的低速转动(低直流电压)区间所产生的点火信号电平小而无法将用于波形整形的滞后操作(相当于产生误操作的电平)设置得很大，就使得在启动时(即直流电源电压降低了的时刻)容易产生误操作。

而在采用差分放大器的情况下，因为相对直流电源电压滞后操作恒定，断开操作阈值随直流电压上升而增大，点火时间即会有偏差，从而会使得对于稳定状态(直流电源电压处于高区间)下的干扰叠加的余裕量减小。

现在参照图4-6对采用施密特电路作为信号放大电路的已有内燃机点火装置加以说明。

图4为说明采用施密特电路的已有内燃机点火装置的电路方框图，图中1为对应于内燃机旋转产生点火信号a的公知的点火信号发生器。点火发生器1例如说可以是由面对在内燃机转轴上针对各汽缸所设置的磁性体，由面对地固定配置的电磁检测器所构成。

2为采用施密特电路来对点火信号发生器1所产生的点火信号a作整形和放大的信号放大电路，由多个电阻2a、2c、2e和2f以及多个晶体管2b和2d所组成。电阻2a插入在点火信号发生器1及晶体管2b的基极之间。晶体管2b的集电极与晶体管2d的基极相连，晶体管2b及2d各自的发射极相互连接。电阻2c及2e串接在晶体管2d的集电极与基极之间，电阻2f则被插接在晶体管2b及2d的各自的发射极与地之间。

3为点火信号发生器1与地之间所加入的直流偏置电源，为包含与信号放大电路2输出的开关信号b同步地接受通断控制的输出晶体管4a的输出电路。

5为初级线圈连接到输出电路4的输出端的点火线圈，它具有一与初级线圈作电磁耦合并且一端与初级线圈并连的次级线圈，在此次级线圈的另一端与地之间设置有放电用的点火塞。6为输出直流电源电压为VB的直流电源(电池)，用来给信号放大电路2、输出电路4及点火线圈5供电。

图5为说明图4电路动作的波形图，其中，(a)为点火信号发生器1所输出的点火信号；VON为开通动作阈值；VOFF为断开(截止)动作阈值；(b)为由采用施密特电路的信号放大电路2输出的开关信号；(c)为输出电路4中的输出晶体管4a截止时点火线圈5次级产生的点火电压。

图6表示信号放大电路中各阈值VON及VOFF相对直流电源电压VB的变化的特性图，其中实线为采用施密特电路的特性曲线，破折线为采用差分放大器(如后面所述)时的特性曲线。

在如图4那样采用施密特电路作为信号放大电路的情况下，由于如图6中实线所示断开动作阈值VOFF大致保持不变，可以看到开通动作阈值VON与断开动作阈值VOFF之间的动作滞后，在直流电源电压VB的低电压区间减小。

下面参照图5与图6来说明图4所示的现有内燃机点火装置当干扰叠加时的动作。

此时，如图5(a)中的破折线所示，如果因内燃机旋转振动等而使得点火信号a上叠加有干扰信号N的话，在信号放大电路2所输出的开关信号b上就会成为包含有如图5(b)中破折线所示的因干扰N而引起的脉冲信号PN。因而在点火线圈5中就会如图5(c)所示那样包含有不必要的点火电压VN，由此，带来导致内燃机误操作的恶劣影响的危险。

这种误操作由图6中实线所示的特性曲线可明显看出，特别是在各阈值VON与VOFF间的操作滞后很小的区域(低直流电源电压区间)最易发生。而且为要防止这样的误操作而将动作滞后增大，如前所述，在内燃机启动时的低转速情况下由于点火信号a的电平很小，也是不可能的。

另一方面，图7为说明采用差分放大器作为信号放大电路的已有内燃机点火装置的另一举例的电路方框图，其中1、2a及4～6均代表与前述符号相同的部件。

21为对点火信号a进行整形及放大而输出开关信号b的信号放大电路，它由通过电阻2a将点火信号a加到输入端子(+)的差分放大器2g、连接到差分放大器2g的反相输入端(-)的电阻2b、和接在差分放大器2g的输出端及反相输入端(-)之间的电阻2i、2k以及射极接地的晶体管2j所组成的串联电路构成。电阻2k接在差分放大器2g的输出端与晶体管2j的基极之间，电阻2i则被接在晶体管2j的集电极与差分放大器2g的反相输入端(-)之间。

7为对点火信号发生器1提供偏置电压和对信号放大电路21提供基准电压的基准电压产生电路，并包括提供图4中的直流偏置电源3的功能。

基准电压产生电路7的一个输出端通过电阻2h连接到差分放大器2g的反相输入端(-)，施加以较之对点火信号发生器1的另一端的偏置电压要高的基准电压。由此来使得差分放大器2g反相输入端(-)上的电位仅仅比正相输入端(+)的电位高规定的电平，而防止内燃机停止时点火线圈5流通电流。

如图7所示，在采用差分放大器2g作为信号放大电路的情况下，各动作阈值VON及VOFF间的滞后作用如图6中破折线特性曲线所示那样，与直流电源电压VB无关地大致保持不变。

但是，如果内燃机转速增大直流电源电压上升的话，由于配电器等的振动干扰电平亦增高，在直流电源电压VB很高的区间内，针对干扰电平的滞后作用就相应地减小。因此，在采用差分放大器2g的信号放大电路21的情况下在直流电源电压VB的正常使用区间(高电压区间)内也易于发生误动作，并且与前述相同，也就无法容易地实现增大滞后作用来解决误动作问题。

同样地，在图4或图7所示的任一个现有实施例的情况下，都无法抑制点火干扰方面的误动作。

现有的内燃机点火装置如上述那样，在采用施密特电路的信号放大电路2的情况下，直流电源电压VB的低电压区域很容易发生干扰方面的误动作，而在采用差分放大器2g的信号放大电路21的情况下，直流电源电压VB的正常使用区间容易发生误动作，而且因为在哪一种情况下也不能将信号放大电路2或21的动作滞后设置得很大，从而就出现了无法充分地抑制由点火信号方面的干扰叠加而造成的误动作的问题。

本发明的目的就是为了解决上述问题，而提供一种依靠将启动和正常工作时的信号放大电路的各动作滞后作用均设置得很大以提高发生误动作的电平，并且依靠将开关信号断开时所确定的期间内的点火信号加以屏蔽而抑制因点火信号上叠加有干扰而发生误动作的内燃机点火装置。

为此，本发明所给出的内燃机点火装置设置有对应于内燃机的旋转产生点火信号的点火信号发生器、包含有连接到该点火信号发生器一端对点火信号进行整形和放大的差分放大器的信号放大电路、包含有由该信号放大电路所产生的开关信号进行开关控制的输出晶体管的输出电路、依靠该输出晶体管的通断来断续地接通电流的点火线圈、以及提供给该点火信号发生器的另一端以偏置电压及该差分放大器以基准电压的基准电压产生电路；此基准电压包括随直流电源电压变动的接通操作阈值和较此接通操作阈值电平低的断开操作阈值，以此来使该差分放大器产生动作滞后作用；并设置有在直流电源电压在规定值以上的区间内将断开操作阈值确定为该规定值的断开操作阈值确定装置，和将与开关信号的断开操作同时输入到差分放大器的点火信号电平限制在规定期间内接通阈值以下的输入电平限制装置。

此外，在上述的本发明的内燃机点火装置中，所述输入电平限制置装还包含有与输出晶体管截止时期同时生成规定期间的限时脉冲的限时电路、检测内燃机转速并将检测信号输入到限时电路的转速检测电路、以及依靠限时脉冲针对差分放大器的点火信号的输入电平确定为低于接通操作阈值的晶体管，限时电路根据转速对限时脉冲的脉冲宽度进行转换控制。

在本发明的内燃机点火装置中，籍助于断开操作阈值装置，在直流电源电压规定值以上的范围内，将信号放大电路的断开操作阈值固定为规定值，而使得其与开通操作阈值之间的滞后效应增大来提高误操作电平。另外，还利用输入电平限制装置，在与开关信号的断开操作(点火期间)同时地将输入到差分放大器的点火信号的电平在规定期间内限制到低于开通操作阈值，来实现对差分放大器输入点火信号进行屏蔽。

另外在本发明的内燃机点火装置中，还根据转速对输入电平的限制时间加以变换控制，以有效地防止特别是在低速时的输出晶体管的较长截止期间的较宽范围的各种干扰信号的影响。

附图简要说明：

图1为以部分电路图说明本发明实施例1的方框结构图；

图2为按照本发明实施例1的相对于直流电源电压的阈值电平的变化特性曲线；

图3为以部分电路说明本发明另一实施例的方框结构图；

图4为说明采用施密特电路作为信号放大电路时的现有的内燃机点火装置的电路方框图；

图5为说明普通点火信号(a)、开关信号(b)及点火电压(c)的各操作定时的波形图；

图6表示图4中信号放大电路的阈值电平的电压特性(实线)及图7中信号放大电路的阈值电平电压特性(破折线)；

图7为说明采用差分放大器作为信号放大电路时的现有内燃机点火装置的电路方框图。

图中：

1-点火信号发生器；

21-信号放大电路；

2g-差分放大器；

4-输出电路；

4a-输出晶体管；

5-点火线圈；

7-基准电压产生电路；

9-固定断开操作阈值用晶体管；

11-定电压电路；

14-限制输入电平的晶体管；

15-限时电路；

16-转速检测电路；

a-点火信号；

b-开关信号；

B-限时脉冲；

C-点火电压；

D-转速检测信号；

VB-直流电源电压；

VBr-直流电源电压规定值；

VOFF-断开操作阈值；

VOFFr-断开操作阈值规定值；

VON-开通操作阈值；

VS-定电压。

下面对照附图对本发明实施例1加以说明。图1为表示本发明实施例1的电路方框图，其中的符号1、21、2a、2g～2k及4～7均代表与前述相同标号的单元。

基准电压产生电路7由接到输出端的电阻7a、接地电阻7b及7e、相互串联连接在直流电源6输出端与地之间的多个电阻7f～7g、以及连接到各电阻的多个基准电压产生元件亦即晶体管7c和7d以及二极管7i构成。

电阻7a插接在晶体管7c的发射极与点火信号发生器1之间，电阻7b插接在晶体管7c的发射极与地之间，晶体管7c及7d的集电极接到直流电源6的输出端，电阻7e插接在晶体管7d的发射极与地之间，二极管7i插接在电阻7h的一端与地之间，电阻7g及7h的连接点Q被接到晶体管7d的基极，电阻7h与二极管7i的连接点R连接到晶体管7c的基极。此外，晶体管7d的发射极通过信号放大电路21中的电阻2h由反相输入端(-)连接到差分放大器2g。

8为阳极连接到电阻7f及7g的连接点P的二极管。9为能按照差分放大器2g的输出开关信号b的高电平区间接受导通控制的晶体管，其集电极与二极管8的阴极相连。10为其发射极与晶体管9的发射极相连接的晶体管，其集电极接地。

11为输出端连接到晶体管10基极的定电压电路，它将晶体管10的基极电位与直流电源电压VB值无关地固定为一确定值VS，从而使其基极-发射极电压维持不变。

定电压电路11由二极管8、晶体管9及10、以及将高电压区间断开操作阈值VOFF加以固定的断开操作阈值固定装置组成，在直流电源电压VB超过规定值VBr的区间，使电阻7f及7g的连接点P的电位VP保持恒定而将断开操作阈值VOFF固定为规定值VOFFr，由此来使得在直流电源电压VB的高电压范围内，差分放大器2g的操作滞后作用增大。

14为将对差分放大器2g输入的点火信号a的电平限制在规定值以下(大致为地电平)的晶体管，其集电极连接到差分放大器2g的正相输入端(+)，发射极接地。

15为输出控制晶体管14的导通时间的限时脉冲B的限时电路，其输出端与晶体管14的基极相连，输入端则连接到差分放大器2g的输出端。

限时电路15因为是公知的结构，因而图中未作专门的表示，例如说它由开关信号b的断开时间(即相当于点火时间的输出晶体管4a的截止时间)开始充放电的电容器和产生对应于该电容器的电位达到规定电平为止的时间的限时脉冲B的单稳态触发器所构成，它与差分放大器2g所输出的开关信号b同时地输出限时脉冲B，只有在输出晶体管4a截止时(点火时间)所确定的期间才使晶体管14导通。

16为插接在点火信号发生器1的输出端和限时电路15之间的转速检测电路，它根据点火信号a的电压电平是否达到规定转速的相应值来检测内燃机的转速是否达到规定的转速。

转速检测电路16，利用将转速达到规定转速时的检测信号输出给限时电路15来改变限时电路15中的电容器的充放电时间常数或者电容器电压的检测电平，对限时脉冲B的脉冲宽度加以控制。

晶体管14、限时电路15及转速检测电路16组成对差分放大器2g输入电平的限制装置，将与开关信号b的断开操作同时输入到差分放大器2g的点火信号a的电平限制为根据转速所规定的时间内所规定的值(低于开通操作阈值VON)，由此来屏蔽紧接点火时期所发生的点火干扰，以防止这些干扰信号叠加到点火信号a上。

图2为按照本发明的实施例1的信号放大电路21的有关各操作阈值VON及VOFF的直流电源电压VB的特性曲线，在超过规定值VBr的高电压区间内，断开操作阈值VOFF成为规定值VOFFr，增大了相对于开通操作阈值VON的滞后作用。关于本发明的实施例1(图1)的基本电路的工作如图5中所示。

下面参照图2和图5对图1所示的本发明实施例1的工作进行说明。

首先，如图5(a)所示那样，相适于内燃机旋转而由点火信号发生器1一端所产生的点火信号，通过信号放大电路21中的电阻2a被加到差分放大器2g的输入端(+)。接着，如图(5b)所示，点火信号a经差分放大器2g整形放大成为开关信号b，对输出电路4中的输出晶体管4a进行开关控制。结果就如图5(c)所示，在点火线圈5的次级产生点火电压c，给内燃机进行点火操作。

此时依靠基准电压产生电路7，在差分放大器2g的反相输入端(-)加以较之针对点火信号发生器1的另一端的偏置电压(与直流电源电压VB及连接点R的电位相关)要高的基准电压(与直流电源电压VB及连接点Q的电位相关)。

另外，利用接在差分放大器2g的输出端与反相输入端(-)之间的晶体管2j和电阻2i及2k，在差分放大器2g的反相输入端(-)设定滞后作用，以使得即使点火信号a上叠加有干扰信号，差分放大器2g亦不会产生误操作。亦就是说，差分放大器2g的输出电压(开关信号b的开通电压)通过2k加到晶体管2j，在经晶体管2j导通将其降低到规定电平之后，再加到反相输入端(-)。由此，在开关信号b成为开通时的基准电压(对应于断开操作阈值VOFF)，即如图6中的破折线那样，仅仅降低到滞后作用的程度。

而且在直流电源电压VB低于规定值VBr的情况下，定电压电路11的输出电压VS(晶体管10的基极电位)，如果考虑到晶体管10的基极-发射极电压的话，就要相对地高于基准电压发生电路7中电阻7f及7g连接点P的电位VP。

因此，在直流电源电压VB的低电压区间，由于晶体管9截止，图1的电路工作与图7的已有电路相同，差分放大器2g的各阈值VON和VOFF间的动作滞后作用，就如图2所示那样保持不变(与图6内的破折线相同)。

此后，如果随着转速增大直流电源电压VB达到超过规定值VBr时，定电压电路11的输出电压VS，即使加以二极管8的正向电压及晶体管10的基极-发射极电压，也将相对低于基准电压发生电路7中的连接点P的电位VP。

因而在直流电源电压VB的高电压区间，由差分放大器2g产生的开关信号b为有效时晶体管9导通，此时，基准电压产生电路7中的连接点P的电位VP，因二极管8和晶体管9及10的导通电压而保持恒定，不会因直流电源电压VB的大小而上升。

也就是说，根据点火信号a的电平，差分放大器2g的开关信号b由开通状态过渡到断开状态的断开操作阈值VOFF，如图2所示那样，未呈现相对于大于规定值VBr的直流电源电压VB的电压特性，针对差分放大器2g的基准电压(断开操作阈值VOFF)一直成为规定值VOFFr。

另一方面，由于开关信号b断开时，晶体管9是截止的，与现有电路的工作相同，开关信号b由断开状态过渡到开通状态的开通操作阈值VON，如图2(图中的破折线)那样，随直流电源电压VB的增大而增加。因而，差分放大器2g的操作滞后作用随直流电源电压VB的增大而同时增大，从而提高了误操作电平，即使在点火信号a上叠加有干扰信号亦不会发生差分放大器2g的误操作，从而防止了对开关信号b的影响。

下面说明按照本发明实施例1的防止点火干扰信号叠加的电路的工作。

通常，如图1所示的响应点火信号a控制对点火线圈5的断续通电的点火电路单元采用集成电路化的配电器组成，对点火线圈5馈电用的引线被安置在临近点火信号发生器1处。

在这种情况下，点火线圈5的初级电流流经引线时所产生的磁通，在输出晶体管4a截止(点火)时急剧变化，这一磁通与点火信号发生器1相交链，因而存在有点火信号a上叠加有被称之为点火干扰的干扰信号。

但是，连接到信号放大电路21的输出端的限时电路15在开关信号b开通(下降沿)时刻的同时产生规定时间(基本上不影响随后的点火过程的较短的期间)的限时脉冲B，而使得晶体管14导通。这样，借助于自输出晶体管4a导通时刻开始在规定期间所产生的限时脉冲，使晶体管14成为导通状态，从而阻止了点火信号a对差分放大器2g的输入。

也就是说，信号放大电路21的输入电平被强行限制为低于加在反相输入端(-)的基准电压(VON)，一旦在点火信号到达基准电压(VOFF)以下而致使开关信号b断开后，即使叠加有干扰信号，但因干扰信号的电平不会超过基准电压(VON)，所以开关信号b就不会翻转成开通状态。

因而，在切断点火线圈5的通电电流后，输出晶体管4a连接保持截止状态直至下一点火信号a输入到信号放大电路21为止，点火干扰也就不会使得信号放大电路21误操作。

这里，限制信号放大电路21输入电平的晶体管14的导通时间的限时脉冲B的脉冲宽度，随转速控制电路16所产生的检测信号D而被转换控制，例如在空载转速附近被设定为5ms，在生成检测信号D的状态下亦即超过规定转速时被设定为1ms。因此，不管内燃机的转速如何，均不会在输出晶体管4a导通时给信号放大电路21的开关动作产生影响，从而能可靠地防止特别是在低速时输出晶体管4a长时间截止期间在广泛范围的各种干扰信号所引起的误操作。

而且在上述实施例中，虽然是根据转速对限时脉冲B的脉冲宽度作2级转换控制，但亦可对脉冲宽度作3级或连续的转换控制。

另外，虽然在操作阈值固定装置中设置了晶体管10，在此晶体管10的基极不间断地施加以定电压电路11的输出电压VS，以获得基极-发射级电压，但也可以如图3所示那样，在响应开关信号b的晶体管9的发射极上直接加上定电压VS。

图3中的电路的工作与前述电路工作完全相同，因而也可获得与上述相同的效果。

按照如上所述来实施本发明，所实现的内燃机点火装置将设置有：相应于内燃机旋转产生点火信号的点火信号发生器；含有与点火信号发生器一端相连对点火信号进行整形和放大的差分放大器的信号放大电路、含有根据信号放大电路所产生的开关信号作开关控制的输出晶体管的输出电路、由输出晶体管的开关来断续供电的点火线圈、以及供给点火信号发生器另一端以偏置电压和供给差分放大器以基准电压的基准电压产生电路，此基准电压包括随直流电源电压变动的开通操作阈值和较开通操作阈值低的断开操作阈值；以差分放大器作滞后操作的内燃机点火装置设有：在大于直流电源电压规定值的区间内将断开操作阈值确定为规定值的断开操作阈值固定装置，和在开关信号的断开操作的同时将输入到差分放大器的点火信号的电平在规定期间内限制为低于开通操作阈值的输入电平限制装置；因为在增大信号放大电路的操作滞后作用的同时，将点火后规定期间内的输入点火信号加以屏蔽，从而取得即使点火信号上叠加有振动干扰及点火干扰亦可防止发生误动作的效果。

另外，在上述点火装置中，输入电平限制手段还包括有：在输出晶体管断开时刻产生规定时间的限时脉冲的限时电路、检测内燃机转速将检测信号输入给限时电路的转速检测电路、以及依靠限时脉冲将输入给差分放大器的点火信号电平设定为低于开通操作阈值的晶体管；限时电路根据转速来控制转换限时脉冲的脉冲宽度，因而能取得可靠地防止特别是在低速时输出晶体管长时间截止期间在广泛范围的各种干扰信号的影响。

Claims (2)

1．一种内燃机点火装置，设置有：

相应于内燃机旋转产生点火信号(a)的点火信号发生器(1)；

包含连接到所述点火信号发生器的一端并对所述点火信号进行整形和放大的差分放大器(2g)的信号放大电路(21)；

包含根据由所述信号放大电路所产生的开关信号(b)作通断控制的输出晶体管(4a)的输出电路；

由所述输出晶体管的通断来决定断续供电的点火线圈(5)；

其特征在于：

供给所述点火信号发生器的另一端以偏置电压和供给所述差分放大器以基准电压的基准电压产生电路(7)，

所述基准电压包括随直流电源电压(VB)变化的开通操作阈值(VON)和低于所述开通操作阈值低电平的断开操作阈值(VOFF)，在此以所述差分放大器作滞后操作的内燃机点火装置还设置有在所述直流电源电压高于规定值(VBr)的范围内将所述断开操作阈值固定为规定值(VOFFr)的断开操作阈值固定装置(9，11)，和与所述开关信号的断开操作同时地将输入到所述差分放大器的点火信号的电平在规定期间内限制在所述开通操作阈值以下的输入电平的限制装置。

2．如权利要求1中所述的内燃机点火装置，其特征在于，所述输入电平限制装置还包括：

在所述输出晶体管(4a)的截止时刻产生规定时间的限时脉冲(B)的限时电路(15)；

检测所述内燃机转速、将检测信号送至所述限时电路的转速检测装置；和

依靠所述限时脉冲将输入给所述差分放大器(2g)的所述点火信号(a)的输入电平固定为低于所述开通操作阈值(VON)的晶体管(14)，

所述限时电路(15)随所述转速来控制转换所述限时脉冲(B)的脉冲宽度。

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