CN1042664C - 内燃机用点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供能够降低内燃机可点燃的起动时的转速，从而提高内燃机起动性的内燃机用点火装置。偏置附加用二极管16与产生决定内燃机点火位置信号的脉冲发生器线圈15b串联连接，电流从电源电路14流过二极管16。将在二极管16的两端产生的正向电压作为偏置电压V_b，加在脉冲发生器线圈15b感应出的信号电压V_S02上，把偏置电压V_b与信号电压V_S02和的电压作为控制信号V_S输入到点火电路10中。

Description

内燃机用点火装置

本发明涉及靠从与内燃机同步转动的信号发生器(铃流发电机)的脉冲发生器线圈产生的控制信号，来控制点火时刻，并感应出点火用高电压的内燃机用点火装置。

具有以下构成的内燃机用点火装置目前被广泛使用着，即具有信号发生器，其拥有产生与内燃机的转动同步的，包含该内燃转动信息(转角信息及转速信息)的脉冲式信号的脉冲发生器线圈；具有点火电路，它在根据由脉冲信号得到的转动信息所决定的点火位置，使点火线圈的1次电流突变，从而在点火线圈的2次线圈上产生点火用高电压。

图7展示了这种内燃机用点火装置的先有例。在此图中，电容放电式点火电路由点火线圈1、二极管3和9、点火能量蓄积用电容器4、作为开关元件的可控硅5和电阻6构成。点火能量蓄积用电容器4，由靠二极管12将激励器线圈11的交流输出整流后得到的直流电压，按图示极性充电。15是具有与内燃机同步转动的定时器磁芯15a，和由该定时器磁芯15a转动引起磁通量变化，从而产生脉冲电压信号的脉冲发生器线圈15b的信号发生器。当内燃机处于点火位置时，在脉冲发生器线圈15b上产生的信号电压Vs作为控制信号被输入到点火电路10，由该控制信号触发可控制硅5，从而导通可控硅5，点火能量蓄积用电容4的电荷通过点火线圈的1次线圈1a放电，并在2次线圈1b上产生点火用高电压。此高电压因被附加在点火火花塞2上，所以在该点火火花塞2上产生火花，内燃机被点火。

在上述先有的点火装置中，从脉冲发生器线圈15b产生与内燃机转动同步的控制信号Vs的大小与内燃机的转速大致成比例，此控制信号Vs的大小如图8实线所示，只有在控制点火线圈1的1次电流的开关元件5的触发电平Vt以上的转速，该开关元件5才能被触发，从而从点火电路产生点火用高电压。但是，当转速低，控制信号如图8虚线所示波形Vs’那样达不到开关元件5的触发电平Ve时，因为该开关元件5未被触发，所以点火电路10不能产生点火用高电压。

在内燃机，例如摩托车等的两轮车用内燃机中，在由脚踏式起动器(驾驶者用脚猛踩脚蹬起动踏板，使内燃机转动，从而使内燃机起动的起动方法)起动内燃机时，通常起动时的转速只能达到500～700rpm的程度，而且当踩踏弱时，转速下降。另外，当由起动电动机起动内燃机时，根据蓄电池的充电状况以及起动电动机的种类，起动时的转速有可能是100～200rpm的低转速。这样在起动转速处于低转速时，由于控制信号达不到开关元件的触发电压，所以内燃机的起动是很困难的。因而在这种点火装置中，要求点燃内燃机的最低转动速度(点火起动转速)尽可能的低。

本发明的目的是提供以简单的构成就可以使点火起动转速降低，使内燃机可以点燃的转速低的内燃机用点火装置。

本发明以下述内燃机点火装置为改进对象。即具有产生与内燃机转动同步的，包含内燃机转动信息的脉冲式控制信号的脉冲信号发生器线圈的信号发生器；具有拥有输入前述控制信号的控制信号输入端子，并在根据从前述控制信号得到的转动信息决定的点火位置，产生点火用高电压的点火电路的内燃机用点火装置。

在本发明中，利用电源电路的输出，在脉冲发生器线图的输出上设置叠加偏置电压的偏置电路。偏置电路的构成是任意的，而且设置在电源电路和接地间，如果使电源电路的输出电压分压，并将产生的偏置电压的分压电路设置在偏置电路上，就可以用简单的构成产生偏置电压。分压电路的构成也是任意的。例如，理想的分压电路是将限制从电源电路供给电流的电流限制元件和限定电源电流只能向接地方向流动的至少一个二极管等的限定导电方向的半导体元件串联连接。

图1展示本发明构成的电路图。

图2是本发明实施例的电路图。

图3是图2各部分电压波形的波形图。

图4是本发明另一实施例的电路图。

图5是图4各部分信号的波形图。

图6是用框图表示本发明所使用的电源电路的另一个构成例的电路图。

图7是先有例的电路图。

图8是图7的控制信号的波形图。

符号说明

10是点火电路

14是电源电路

15是信号发生器(铃流发电机)

15b是脉冲发生器线圈

16是偏置附加用二极管(限制导电方向的元件)

17是形成信号供给电路用二极管(限制导电方向的元件)

18是电阻(电流限制元件)

19是偏置电路

以下就附图说明本发明的构成和实施例。

如果具体地以实施例的电平说明本发明，那么就如图1所示的那样，本发明可以在具有信号发生器15和点火电路10的内燃机用点火装置中，以简单的构成，使点火起动转速降低。上述信号发生器15具有产生与内燃机转动同步的，包含内燃机转动信息的脉冲式信号电压(V_so1及V_so2)的脉冲信号发生器线圈15b。上述点火电路10具有与脉冲发生器线圈15b的一端连接的控制信号输入端子S，在根据从该控制信号输入端子S和接地端之间输入的控制信号Vs得到的转动信息决定的点火位置上，产生点火用高电压。

为此，在本发明中，脉冲发生器线圈15b的另一端通过向着该脉冲发生器线圈一侧的至少一个偏置附加用二极管16，与接地连接，偏置附加用二极管16和形成反方向信号供给电路用二极管17连接在脉冲发生器线圈15b的另一端和接地之间。偏置附加用二极管16和脉冲发生器线圈15b的连接点，通过电流限制元件18，连接到按偏置附加用二极管正向流动的电源电路14上。

在上述构成中，在电流从电源电路14通过电流限制元件18流过偏置附加用二极管16时，在脉冲发生器线圈15b的另一端和接地之间，由偏置附加用二极管16的正向压降产生偏置电压Vb。在处于此状态时，在脉冲发生器线圈15b中，一产生按图示箭头方向的脉冲信号电压V_so2，在点火电路10的控制信号输入端子S和接地之间，即输入作为控制信号Vs的在脉冲发生器线圈产生的电压V_so2上加算上偏置电压Vb的电压(V_so2+Vb)。因此，即使在内燃机的转速低，只用脉冲发生器线圈的发生电压V_so2达不到触发点火电路10的1次电流控制用开关元件的触发值时，也可以靠加算上偏置电压Vb的控制信号Vs，得到触发开关元件的开关值以上的值，从而可以使点火电路动作。

将2个以上的偏置附加用二极管16串联连接或减小以电阻构成的电流限制元件18的阻值，由此就能提高偏置电压Vb的值。如果选定偏置电压Vb的值仅比1次电流控制用开关元件的触发电平低一点，那么就可以从内燃机转数极低时，使点火电路10动作。

另外，即使在内燃机的运转中发生了由于偏置附加用二极管16上没有正向电流而未产生偏置电压的故障，因为可以通过形成信号供给电路用二极管17，将在脉冲发生器线圈15b上产生的信号电压作为控制信号，供给点火电路，因而点火动作不会停止。上述点火电路可以是用控制信号Vs所具有的转动信息决定点火位置的电路(例如，将控制信号Vs的电平在所规定的转动角度位置所达到的规定的电平的位置作为点火位置的电路)，也可以是根据控制信号Vs所具有的转动信息计算点火位置，在算出的点火位置上进行点火动作的电路。

在本发明中，所谓“接地”就意味着点火电路和脉冲发生器线圈具有共通的接地电位。该“接地”是否与大地电位(内燃机的机壳和车辆的机架)连接是任意的。

上述电源电路，可以是将磁铁发电机等的由内燃机驱动的发电机内的发电线圈作为电源，也可以以蓄电池作为电源。

图2是本发明的实施例，在此图中，1是具有一端接地的1次线圈1a及2次线圈1b的点火线圈，2是图中未示出的，安装在内燃机汽缸中的，与点火线圈1的2次线圈1b连接的点火火花塞，在1次线圈1a的两端之间连接有负极接地的二极管3。1次线圈1a的非接地端与点火能量蓄积用电容器4的一端连接，该电容器4的另一端与负极接地的1次电流控制用可控硅5的正极连接。可控硅5的触发极与负极之间连接有电阻6。可控硅5的触发极还与电容器7和电阻8所组成并联电路的一端连接，该并联电路的另一端与二极管9的负极连接。由点火线圈1、点火能量蓄积用电容器4、可控硅5、二极管3及9、电容器7、电阻6及8构成电容放电式点火电路10，二极管9的正极与点火电路10的控制信号输入端子S连接。

11是设置在安装于内燃机上的的磁铁发电机内的，与内燃机转动同步的感应出如图3(A)所示那样的交流电压Ve的激励器线圈。激励器线圈11的一端接地，另一端分别与二极管12及13的正极连接。二极管12的负极与点火电路10的点火能量蓄积用电容器4的另一连接，二极管13的负极连接到后述的偏置电路19的电流限制元件的一端。由激励器线圈11和二极管12及13构成输出直流电流的电源电路14，从激励器线圈11感应出的图示箭头方向的电压，通过二极管12及13，分别向点火能量蓄积用电容器4及偏置电路19提供半波整流的直流电流。

为了得到决定点火电路10的点火位置的信号，设置了信号发生器15。此信号发生器15，具有与内燃机同步转动的定时器磁芯15a，和由该定时器磁芯15a的转动引起磁通量变化，从而产生如图3(B)所示那样的脉冲式极性相反的第1信号V_so1和第二信号V_so2的脉冲发生器线圈15b。定时器磁芯15a的转动角度位置和脉冲发生器线圈15b的相对位置设定成：在激励器线圈11上感应出图示箭头方向的电压的期间内，从脉冲发生器15b感应出图示的实线箭头方向的正的第2信号V_so2。脉冲发生器线圈15b的一端，连接在点火电路10的控制信号输入端子S上。

脉冲发生器线圈15b的另一端(接地端)，通过正极向着该脉冲发生器线圈的偏置附加用二极管16接地。在脉冲发生器线圈15b的接地端和接地之间，还连接着和二极管16反方向的形成信号供给电路的二极管17。进而二极管16及17构成了使电流只能在一个方向流动的导电方向限定半导体元件。二极管16和脉冲发生器线圈15b的连接点，通过作为电流限制元件的电阻18，连接到电源电路14的二极管13的负极。由偏置附加用二极管16(导电方向限定半导体元件)、形成信号供给电路的二极管17(导电方向限定半导体元件)以及电阻18(电流限制元件)构成了偏置电路19。另外，由偏置附加用二极管16(导电方向限定半导体)和电阻18(电流限制元件)构成了使电源电路14的输出电压分压的分压电路。

在图2所示的电路中，在激励器线圈11中一产生如图示箭头方向的半周波电压，该电压就通过二极管12和3，按图示极性向点火能量蓄积用电容器4充电，另外同时还通过二极管13和电阻18，从偏置附加用二极管16的正方向流过，从而在该二极管16的正极和接地之间，产生由二极管16的正向压降所形成的偏置电压V_b。接着在角度02位置，在脉冲发生器线圈15b上一产生图示实线箭头方向的第2个信号V_so2，则此信号V_so2如图3(C)所示，被叠加在偏置电压Vb上，Vs=Vb+V_so2这个信号被作为控制信号，输入到点火电路10的控制信号输入端子和接地之间。偏置电压Vb的大小设定成仅比触发点火电路10的可控制5所需要的触发电平Vt的值低一点。此偏置电压Vb的大小，可以由电阻18的阻质来调整。另外，在必要的时候，也可以将多个偏置附加用二极管16串联使用，靠选择适宜的该二极管的数目，来调节偏置电压Vs的大小。

在控制信号输入端子S和接地之间输入的控制信号Vs，通过由电容器7和电阻8并联构成的滤波电路，附加到可控硅5的触发极和负极之间。由此该可控硅5导通，点火能量蓄积用电容器4的电荷，通过可控硅5向点火线圈1的1次线圈1a放电，此时在2次线圈1_b上感应出点火用高电压，在点火火花塞2上产生火花，内燃机被点火。

在本实施例中，在脉冲发生器15b上，第2个信号V_so2产生的角度位置02就成为内燃机的点火位置，在此点火位置，触发可控硅5的控制信号Vs，因为是偏置电压Vb和在脉冲发生器15b上感应出的第2个信号V_so2叠加而形成的，所以即使在内燃机起动时转速很低，只靠脉冲发生器15b感应出的信号V_so2，达不到触发可控硅5所需要的触发电平Vt的情况下，也可以使控制信号Vs处于触发电平Ve之上。因而可以降低点火动作开始时的转速。另外，在内燃机运转过程中，万一发生在偏置附加用二极管16上没有正向电流流过的故障，因为可以通过形成信号供给电路的二极管17供给控制信号，所以点火动作不会停止。

图4是本发明的另一实施例。在此实施例中，在降低点火动作起动转速的同时，还具有对应于内燃机的转速，在最小提前角位置和最大提前角位置之间，控制内燃机点火位置的点火位置控制电路。进而，在此图中与图2电路的各部分等同的部分使用与图2图样附号。

在图4中，激励器线圈11的非接地端与二极管12及13的正极，和正极接地了的二极管20的负极连接，二极管13的负极通过电阻21与电源电容器22的一端连接。电源电容器22的另一端接地，在该电容器22的两端之间并联连接着正向接地的稳压二极管23。在本实施例中，由激励器线圈11、二极管12,13及20、电阻21、电容器22及稳压二极管23构成了电源电路14，由激励器线圈11产生的图示箭头方向的感应电压，按图示极性向电容器22充电至稳压二极管23的稳压值。从电源电容器22的非接地端引出输出端子t₁，从该输出端子t₁得到的直流电压V₁，被加在偏置电路19和后述的积分电路的电源端子t2上。

在本实施例中，信号发生器15的脉冲发生器线圈15b，如图5(A)所示，在内燃机点火位置的最大提前角θ₁和最小提前角θ₂，分别产生极性相反的脉冲式的第1和第2信号电压V_so1和V_so2。另外，在偏置附加用二极管16上，由电源电容器22的端子电压V1产生的电流，通过作为电流限制元件的电阻18，按正方向流过，并且在该二极管16的两端间产生大致一定的偏置电压Vb。因而，在点火电路10的控制信号输入端子S和接地之间，如图5(B)所示，输入在最大提前角θ₁及最小提前角θ₂产生的脉冲式的第1及第2个信号电压V_so1及V_so2上加算了偏置电压Vb的第1及第2个信号电压V_s1及V_s2。

在点火电路10上，设置着如图所示的分别用点画线圈出的第1积分电路24、第2积分电路25、低转速时用信号供给电路26、由开关元件27及电阻28构成的公知(实公平4-22063号)的点火时期控制电路。

第1积分电路24，由第1积分电容器29、晶体三极管30至32、二极管33、电容器34及35、电阻36至41构成。在控制信号输入端S-输入负极性的第1控制信号V_s1，在三极管30上就有基极电流流过，三极管30导通，由此，在三极管31基极上流过基极电流，三极管31导通。三极管31一导通，电容器35按如圈示的极性在瞬间被充电至电源电压V₁。由于电容器35上的电压被加在电阻39及40的串联电路的两端，所以在该三极管32上流过基极电流，该三极管32导通，第1积分电容器29被瞬间充电至由电阻39和40所决定的一定电压V₂。此后，电容器29靠电容器35的电荷。通过电阻41按一定的时间常数追加充电。因而，在电容器29的两端，得到了如图5(C)所示的积分电压V_c1。

第2个积分电路25，由第2积分电容器42、三极管43、二极管44至46、以及电阻47至50构成。在控制信号输入端子S上一有正极性的第2控制信号输入，则在三极管43上流过基极电流，三极管43导通，从而使电容器42在瞬间放电。控制信号V_s2一消失，由于三极管43处于非导通状态，所以电源电压V₁通过电阻49，按一定的时间常数向电容器42充电。因而，在电容器42的两端，得到了如图5(D)所示的积分电压V_c2。

开关元件27由可编程单结晶体管(以下称PUT)构成，该PUT27的负极通过电阻28连接到1次电流控制用可控硅5的触发极。在PUT27的正极和可控硅5的触发极之间施加有第1积分电容器29的电压、在PUT27的控制极和可控硅5的触发极之间施加有第2积分电容器42的电压。

低转速时用信号供给电路26，由以电容器7和电阻8并联构成的滤波电路和二极管9串联构成，第2个控制信号V_s2通过此低转速时用信号供给电路26，直接加在1次电流控制用可控硅的触发极上。

在上述电路中，当内燃机的转速未达到提前角开始转速时，由于在到达最小提前角θ₂之前第2个积分电容器42的两端电压V_c2超过了第1积分电容器29的两端电压，所以在未到达最小提前角期间，PUT27不导通。在最小提前角θ₂处，第2个积分电容器42的两端电压在成为0时的瞬间，PUT27被导通、在该最小提前角位置，第1积分电容器29通过PUT27及1次电流控制用可控硅5的触发极放电。由此，可控硅5导通，进行点火动作。因而内燃机的转速在未达到提前角开始转速时，点火位置为最小提前角位置θ₂，点火位置是一定的。

由于向第1及第2积分电容器29及42充电的时间，随着内燃机转速的上升而缩短，所以两个电容器两端的电压，随转速的上升而下降，而且因为第1积分电容器29，在充电开始时，是在瞬间充至一定的电压V₂，所以，当随着内燃机转速的升高，两个电容器的充电时间逐渐缩短时，第1个积分电容器29两端的电压V_c1很快超过第2积分电容器42两端的电压V_c2。当内燃机的转速超过提前角开始转速时，如图5(E)所示，从最小提前角位置θ₂前进至θ₃位置，第1积分电容器两端的电压V_c1超过了第2积分电容器两端的电压V_c2，在此θ₃位置，PUT27导通，向可控硅5提供点弧信号。由此如图5(F)所示，在点火线圈1的2次侧得到点火用高电压V_h。由于第1积分电容器29两端的电压V_c1处于超过第2积分电容器42两端的电压V_c2的位置是随着转速的上升提前角前进得到的，所以内燃机的点火位置θ₃随着内燃机转速的上升而前进。当内燃机的点火位置到达最大提前角θ₁后，第1积分电容器29在最大提前角θ₁处，瞬间被充电至一定的电压V₂，同时PUT27导通，在该最大提前角位置点火动作进行。

在图4的电路中，由电容器35通过三极管32和电阻41向第1积分电容器29充电。但是，由于在电容器35的两端串联连接有电阻39和40，而电容器35通过电阻39和40放电，所以在内燃机转速低，电容器35的充电时间加长时，由于电容器35的放电量增多，因而电容器29的充电不足。当不设置低速时用信号供给电路26时，在内燃机转速低到某种程度时，通过PUT27向可控硅5提供点弧信号是很困难的，因而点火动作起动转速提高。但是，在本实施例中设置了低转速时用信号供给电路26，当内燃机转速低时，就从控制信号输入输子S输入第2个控制信号V_s2，该信号V_s2通过低转速时用信号供给电路26，向1次电流控制可控硅5提供点弧信号。而且，在本发明中，因为将在信号发生器15的脉冲发生器线圈15b上感应出的第2个信号电压V_so2上加算偏置电压V_b后的信号作为第2个控制信号V_s2输入，所以，即使在内燃机转速低，脉冲发生器线圈15b感应出的第2个信号电压V_so2很小的情况下，也可以向可控硅5提供充分大的点弧信号。因而，在本实施例中，在随着内燃机的转速升高点火位置提前角上升的同时，在点火起动转速低下时，可以提高内燃机的起动性。

在以上的实施例中，作为输出为电容放电式点火电路的能量蓄积用电容器4充电的直流电压，和为偏置附加用二极管16及点火时期控制电路提供电流的直流电压的电源电路14，使用的是将设置在由内燃机驱动的磁铁发动机内的激励器线圈11的交流输出，用二极管12及13进行整流后得到直流电压的电路，而作为电源电路14，图6所示，也可以使用具备蓄电池的电路。

在图6所示的电源电路14中，在蓄电池61的两端，通过按键开关62与冲出吸收用电容器63连接，还与公知的稳压电路64及DC-DC转换器65连接。在稳压电路64的输出端子t₁得到的恒电压V₁输入到偏置电路19(参照图2及图4)和点火电路10的点火时期控制电路的电源端子t₂(参照图4)，从DC-DC转换器65的输出输子得到的升压后的直流电压被附加到点火能量蓄积用电容器4上(参照图2及图4)。

如上所述，如按上述实施例，将产生与内燃机转动同步的包含内燃机转动信息的脉冲式控制信号的脉冲发生器线圈的一端，连接到点火电路的控制信号输入端子上，同时该脉冲发生器线圈的另一端和接地之间，连接着正极向着脉冲发生器线圈的偏置附加用二极管，偏置附加用二极管和脉冲发生器线圈的连接点，通过电流限制元件与电源电路连接，由于使电流从电源方向延着偏置附加用二极管的正方向流过，所以就可以将在偏置附加用二极管两端产生的偏置电压，加到脉冲发生器线圈产生的信号上，并作为控制信号输入到点火电路。为此，即使在脉冲发生器线圈产生的信号小的内燃机的起动运转领域中，也可以进行点火动作，而且只附加简单的电路就可以在点火动作起动转速低的情况下，具有提高内燃机的起动性的优点。

另外，如果按照上述实施例，因为在脉冲发生器线圈的另一端和接地之间连接有偏置附加用二极管和反方向信号供给电路用二极管，所以即使发生在偏置附加用二极管中没有正方向电流流过的故障，也可以通过信号供给电路用二极管，提供控制信号，使点火动作进行，从而不使可靠性下降。

如果采用本发明，就可以把偏置电路产生的偏置电压，加到脉冲发生器线圈产生的信号上，作为控制信号输入到点火电路。为此，即使在脉冲发生器线圈产生的信号小的内燃机的起动运转领域，也可以进行点火动作，而且只附加简单的电路，就可以在点火起动转速低的情况，具有提高内燃机起动性的优点。

Claims (7)

1．内燃机用点火装置具有以下构成：

信号发生器，其具有产生与内燃机的转动同步的，包含内燃机转动信息的脉冲式控制信号的脉冲发生器线圈；

点火电路，其具有输入前述控制信号的控制信号输入端子，在根据从前述控制信号得到的转动信息决定的点火位置上，产生点火用高电压；

其特征在于：在上述内燃机用点火装置中具有利用电源电路的输出将偏置电压加到前述脉冲发生器线圈上的偏置电路。

2．权利要求1的内燃机用点火装置，前述偏置电路设置在前述电源电路和接地之间，包括将前述电源电路的输出电压分压，从而产生前述偏置电压的分压电路。

3．权利要求2的内燃机用点火装置，前述分压电路由限制从前述电源电路供给的电流的电流限制元件，以及限定电流只能从前述电源电路向着前述接地方向流动的至少一个导电方向限定半导体元件串联连接构成。

4．权利要求3的内燃机用点火装置，前述导电方向限定半导体元件设置在前述接地侧，前述电流限制元件和前述导电方向限定半导体元件的连接点的电压，被作为前述偏置电压使用。

5．权利要求4的内燃机用点火装置，与前述导电方向限定半导体元件相反的并联连接着信号电路形成用通电方向限定元件。

6．权利要求4或5的内燃机用点火装置，前述导电方向限定半导体元件由二极管构成。

7．权利要求1的内燃机用点火电路：

前述脉冲发生器线圈的一端与前述点火电路的前述控制信号输入端子连接；

前述点火电路被构造成在根据从前述控制信号输入端子和前述接地间输入的前述控制信号得到的转动信息决定的点火位置产生点火用的高电压；

前述偏置电路由以下元件构成：至少一个偏置附加用二极管，其为了使前述脉冲发生器线圈接地，将正极向着前述脉冲发生器线圈；信号供给电路形成用二极管，其被连接在前述脉冲发生器的前述接地端和接地间，与前述偏置附加用二极管方向相反；电流限制元件，其被连接在前述偏置附加用二极管和前述脉冲发生器的连接点与向前述偏置附加用二极管输送正向电流的前述电源电路之间。

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