CN1059016C - 点火控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一个能在规定的发动机速度区间上实现点火时间的线性控制特性的简化电路。其中，线圈7在每次最大和最小火花提前角处产生脉冲信号，来自线圈7的每个脉冲信号通过脉冲器信号输入电路块8向前送到火花提前角控制电路块10。火花提前角控制电路块10比较来自二个CR电路的波形，以确定指示火花提前角控制时间的波形交叉点。一个可控制SCR由一可控硅触发器电路块6控制，以火花提前角控制时间信号使主电容器C1放电，从火花塞4产生火花。

Description

点火控制系统

本发明涉及内燃机的点火控制系统。

在机动车中使用多种不同类型的点火系统。例如，一些摩托车使用CDI系统。CDI系统的控制电路可以是基于使用CPU(中央处理器)的数字控制，或者基于使用晶体管和CR电路的模拟控制。在模拟控制中，作为CDI系统基本功能的点火时间控制的实现方法是：从CR电路得到一个取决于发动机速度的控制电压波形，使用比较器IC(集成电路)或其他类似部件将这个控制电压波形与一参考电压波形进行比较，从而产生一个与发动机速度相对应的火花提前角。

参考图9，图中给出四冲程内燃机的典型点火时间特性，点火时间(或火花提前角)最好在规定的发动机速度区间(图中用S指示)上线性变化。最大火花提前角DF和最小火花提前角DS伴有来自曲轴角传感器的脉冲信号，点火时间限定在这二个角之间的区间。

因为CR电路的充电和放电波形通常有曲线特性，所以先前有人曾提议使用恒电流充电和放电电路得到线性波形，并将得到的线性波形与参考电压比较，从而得到如图9中所示S区间表明的线性特性。

然而，为实现这种控制，必须分别提供恒电流电路和为其使用的温度补偿电路。再有，应该避免使用连续消耗电流的电路，因为它能过度降低放电用主电容器上的电压。

考虑到先有技术存在的问题，本发明的首要目的是提供一种内燃机点火控制系统，它能利用简单的CR电路实现在规定的发动机速度区间上相对于发动机速度基本上呈线性的点火时间特性。

本发明的第二个目的是提供这样一种点火控制系统，它能被容易地调整以得到所希望的点火时间特性。

本发明的第三个目的是提供这样一种点火控制系统，它耗电较少，从而防止过度降低点火系统主电容器上的电压。

为达到这些目的，本发明提供了一种内燃机点火时间控制系统，其中点火时间由第一CR电路的充电波形与第二CR电路的放电波形在一可能的火花提前角控制区间内的交叉点来确定，这个可能的火花提前角控制区间由最大火花提前角信号和最小火花提前角信号限定。

最好是使第一CR电路刚好在火花提前角的可能控制区间之后(即当产生最小火花提前角的时候)完全充电到规定的电压水平，以利于该系统的调节。

在本发明的一个实施例中，使用一个比较器来比较第一CR电路的充电曲线和第二CR电路的放电曲线，以得到二者的交叉点。只在火花提前角的可能的控制区间上才对比较器供电，从而使它耗电较少。

由下文的描述，将会更充分地体现本发明的其他的和进一步的目的、特点和优点。

下文中将参考附图描述本发明。附图中，

图1是根据本发明的一种适于摩托车四冲程发动机的点火系统的示意电路图；

图2是图1中供电电路块5的电路图；

图3是图1中的可控硅触发器电路块6的电路图；

图4是图1中的脉冲信号输入电路块8的电路图；

图5是图1中的脉冲器控制电压脉冲发生电路块9的电路图；

图6是图1中的火花提前角控制电路块10的电路图；

图7是图1中的比较器电源电路块11的电路图；

图8是显示控制电路中各点波形的时间图；

图9给出传统的点火时间特性。

现在参考附图利用一个具体实施例更详细地描述本发明。

图1是根据本发明的一种适用于摩托车四冲程发动机的点火系统示意电路图。为自激励线圈1的信号提供给本系统的控制电路2的端子EXT，并由二极管D1整流成正半波信号。该正半波信号对主电容器C1充电，而主电容器C1能有选择地由可控硅SCR放电。主电容器C1的放电电流经由端子IGN提供给点火线圈系统3的初级线圈，从而由火花塞4产生火花，这里的火花塞4与点火线圈系统3的次级线圈相连。

提供给端子EXT的信号还通过供电电路块5进一步送到可控硅触发器电路块6。可控硅触发器电路块6控制可控硅SCR的门。

和控制电路2的端子PC相连的是脉冲器线圈7，它在每个最大火花提前角和最小火花提前角时产生脉冲，这二个角限定了火花提前角的可能的控制区间。由脉冲器线圈7产生的脉冲信号通过端子PC提供给控制电路2中的脉冲信号输入电路块8。所产生的对应于最大火花提前角的最大火花提前角脉冲信号从电路块8再向前送到脉冲器控制电压脉冲产生电路块9，而产生的对应于最小火花提前角的最小火花提前角脉冲信号从电路块8再向前送到电路块9以及火花提前角控制电路块10。

脉冲器控制电压脉冲产生电路块9产生一个脉冲器控制电压脉冲信号，它的脉冲宽度对应于火花提前角的可能的控制区间。脉冲器控制电压脉冲信号再向前送给火花提前角控制电路块10和比较器电源电路块11。电路块10向可控硅触发器电路块6提供一火花提前角控制信号，电路块6响应这一火花提前角控制信号，向可控硅SCR提供一个触发器信号(或者说点火信号)。

现在参考图2至图7，每个电路块将在下文中详细描述。电源电路块5的结构示于图2。这个电路块5有一恒电压端子，用于向控制电路中的其他电路块提供电压Vcc。可控硅触发器电路块6的结构示于图3。这个电路块6包括一个晶体管Q1，它响应来自火花提前角控制电路块10的火花提前角控制信号而导通。当晶体管Q1导通时，可控硅触发器信号、被提供给可控硅SCR。

脉冲器信号输入电路块8的结构示于图4。在本实施例中，来自脉冲器线圈7的最大火花提前角脉冲信号是正的，而来自脉冲器线圈7的最小火花提前角脉冲信号是负的。最大火花提前角脉冲信号使晶体管Q2接通。而最小火花提前角脉冲信号使晶体管Q3接通。晶体管Q2的接通(ON)信号提供给脉冲器控制电压脉冲产生电路块9，另一方面，晶体管Q3的接通(ON)信号提供给二个电路块9和10。

如图5所示，在脉冲器控制电压脉冲产生电路块9中，使用晶体管Q4、Q5、Q6和Q7构成一个双稳态触发器电路。当电路块8的晶体管Q2如上面所述的那样响应最大火花提前角脉冲信号而导通时，晶体管Q4导通，引起晶体管Q5导通。这又导致晶体管Q7导通，于是晶体管Q7的导通(ON)信号作为前述脉冲器控制电压脉冲信号提供给火花提前角控制电路块10和比较器供电电路块11。当晶体管Q3响应最小火花提前角脉冲信号而接通时，晶体管Q6接通。这使晶体管Q7断开，停止脉冲器控制电压脉冲信号输出。

火花提前角控制电路块10的结构示于图6。脉冲器信号输入电路块8中晶体管Q3的接通(ON)信号接通电路块10中的晶体管Q8。这充分地充电一个构成第一CR电路的电容器C2(达到电压Vcc)。然后，当晶体管Q8断开时，电容器C2开始通过电阻R1放电。另一方面，脉冲器控制电压脉冲产生电路块9的晶体管Q7的接通(ON)信号通过晶体管Q9使晶体管10接通，同时使晶体管Q11接通。当晶体管Q11断开时，构成第二CR电路的电容器C3被电阻R2和R3构成的分压器充电到电压Vd。当晶体管Q11接通时，电容器C3通过电阻R4放电。

每个电容器C2、C3的电压是比较器CP的输入。来自比较器CP的低电平信号通过晶体管Q12接通晶体管Q13，晶体管Q13的输出信号再送给可控硅触发器电路块6。

比较器供电电路块11的结构如图7所示。在脉冲器控制电压脉冲信号产生电路块9中的晶体管Q7的接通(ON)信号接通晶体管Q14，它又接通晶体管Q15。于是，通过晶体管Q15，控制供电电压Vcc加到火花提前角控制电路块10中的比较器CP，使比较器CP被激活。

现在，参考图8的波形图，描述按上述结构的控制电路2的操作。来自激励线圈1的基本上为正弦波的信号被提供给端子EXT，同时，由脉冲器线圈7在最大和最小火花提前角产生的脉冲信号被提供给端子PC。在本实施例中，当在节点A观察时，伴随最大火花提前角的脉冲信号是正的，而伴随最小火花提前角的脉冲信号是负的，如图8中最上面的波形所示。

在脉冲器信号输入电路块8中，在节点A处的脉冲信号被分成二个脉冲信号组，每个信号组或者伴随于最大火花提前角或者伴随于最小火花提前角。这些脉冲信号被处理为图8中在节点B和节点C处所示成型脉冲信号。在节点B和C的信号再进入脉冲器控制电压脉冲产生电路块9，它产生一个矩形波，在本实施例中该矩形波在每个最大火花提前角上升，而在每个最小火花提前角下降，如在图8中节点D处所示波形。

在节点D产生的高电平信号接通火花提前角控制电路块10中的晶体管Q9和Q11，并以晶体管Q9使晶体管Q10接通。在节点D处的高电平信号还提供给比较器供电电路块11，该电路块11由这一信号激活。这样，比较器供电电路块11在节点D处高电平信号宽度所对应的时间段工作，通过晶体管Q15把恒定电压Vcc传送给火花提前角控制电路块10中的比较器PC，允许比较器CP实现其功能。因此，只有在节点D处产生高电平信号时比较器CP才实现其功能。

接下来，将参考图8描述图6中节点E和F处的信号。如前所述，这些信号是比较器CP的输入信号。

在节点D处高电平信号的上升缘，节点E处的电位以与电容器C2相对应的时间常数增大。当节点D处的高电平信号消失时，晶体管Q10断开。然后，节点C处的低电平信号接通晶体管Q8，对电容器C2完全充电，使其瞬间即达到恒定电压Vcc。在节点C处的低电平信号消失之后，电容器C2放电，随着节点E处电位逐渐降低，放电过程将持续到节点D处高电平信号接通晶体管Q10为止，见图8。

在节点D处高电平信号期间，晶体管Q11保持接通，电容器C3放电，节点F处电位从规定的电平Vd下降。当节点D处高电平信号消失时，电容器C3开始被充电，节点F处电位开始以与电阻R2相应的时间常数增大，见图8。

按上文所述变化的节点E和F处信号被提供给比较器CP。如图8所示，当节点E处信号电平超过节点F处信号电平时，比较器CP把节点G拉到低电位水平L。

因为比较器CP是被来自比较器供电电路块11的电压所激活。当节点D处高电平信号消失时比较器CP不再继续实现其功能，而且节点G处的电位返到它的原来电平，换句话说，这是在如图8所示的火花提前角可能的控制区间的结束点到达之时出现这种情况的。当节点G被比较器CP拉下到低信号电平时，晶体管Q13被接通，而且晶体管Q13的接通(ON)信号再向前送到可控硅触发器电路块6，接通电路块6中的晶体管Q1。

如前所述，当晶体管Q1接通时，主电容器C1被可控硅SCR有选择地放电，其放电电流通过端子IGN提供给点火线圈系统3的初级线圈，由连于点火线圈系统3的次级线圈的火花塞4产生火花。

以这种方式，在节点E和F处电往曲线的交叉点决定了在规定发动机速度区间上的点火时间。因为交叉点是由比较二个CR波形决定的，所以它随着发动机速度线性移动。

对于节点E处的信号电平变化，每次充电开始于随着发动机速度增大而放电时间延迟(这与节点F处的情况相反)的时候，如图8中节点E处波形仿真线所示。这导致更提前的点火时间Ti。相反，随着发动机速度降低，放电时间段变长，导致较少提前的点火时间Ti。

如前所述，只有在比较器CP需被激活的时间段内，或者说对应于火花提前角可能控制区间的时间段内，才对比较器CP供电。因此，耗电显著减少，防止了主电容器C1上的电压过度降低。

这样，本发明提供了一个简单的电路，这里被比较的和参考的电压波形均作为简单的CR波形而得到，在规定的发动机速度区间上这二个波形的交叉点相对于发动机速度几乎呈线性移动，从而实现了在发动机速度区间上点火时间相对于发动机速度的基本上为线性的特性。

应该说明的是，上面描述的点火控制电路能用于图9所示S区间以上的发动机速度区间，在那里点火时间为一常数或在最大火花提前角DF处。这是因为在如此高的发动机速度下，在节点E处的信号电平总是在节点F处信号电平之上，而且一旦比较器CP在产生最大火花提前角信号时被激活，于是比较器CP立即把它的输出拉到低信号电平，从而在最大火花提前角DF处发生点火。

还应该指出，在电容器C2放电之前把它完全充电到恒定电压Vcc有利于调整系统的时间常数和/或其他参数，以达到所希望的点火时间特性，换句话说，以便确定限定了图9所示发动机速度区间S的二个发动机速度。

Claims (3)

1.一种用于内燃机的点火控制系统，包括：

一个点火线圈；用于控制流经点火线圈的初级线圈的电流的开关装置；一个连接到点火线圈的次级线圈的火花塞；和一个用于控制开关装置的电路，其特征在于，

用于控制开关装置的电路包括：

产生最大火花提前角信号和最小火花提前角信号的装置；

第一电容器；

第二电容器；

第一充电电路，用于在第一时间段对第一电容器充电，该第一时间段从产生最大火花提前角信号时开始直至产生最小火花提前角信号止；

第一放电电路，用于在至少是第二时阀段的一部分时间使第一电容器放电，该第二时间段从产生最小火花提前角时开始直至最大火花提前角产生时为止；

第二放电电路，用于在第一时间段上使第二电容器放电；

第二充电电路，用于在第二时间段上对第二电容器充电；以及

点火信号产生电路，用于在一火花提前角处产生一点火信号，该火花提前角由比较第一电容器充电曲线和第二电容器放电曲线来决定。

2.根据权利要求1的点火控制系统，所述系统进一步包括第三充电电路用于在对应于最小火花提前角信号宽度的时间段内把第一电容器充电到一规定的电压水平，以及第一放电电路使第一电容器在从最小火花提前角消失时起至最大火花提前角产生时为止的时间段内被充电。

3.根据权利要求1或2的点火控制系统，其中所述的点火信号产生电路包括：

一个比较器，它只在第一时间段上被激活以比较第一电容器的充电曲线和第二电容器的放电曲线，从而当第一电容器的充电曲线高于第二电容器的放电曲线时，在一规定的信号电平时对其输出端设置一个输出；以及

一个用于在比较器不被激活时确定比较器输出端的信号电平的电路，使其不同于比较器输出端的规定信号电平，从而当比较器把它的输出端设置在规定信号电平时引起一个信号电平变化，这个电平变化能用于确定产生点火信号所在的火花提前角。

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