CN111456879A - 一种小型航空活塞发动机的点火控制器 - Google Patents

Abstract

本发明一种小型航空活塞发动机的点火控制器，属于小型航空活塞发动机领域；包括壳体、充电线圈、触发线圈、充电铁芯、触发铁芯和控制电路，所述充电线圈和触发线圈分别缠绕于充电铁芯和触发铁芯上，并安装于壳体内；所述控制电路包括充电回路、触发回路、放电回路和停车回路；所述壳体上设置有输出端口、直流电源正极接口和接地端口，所述输出端口通过高压点火线圈与发动机气缸的火花塞相联，所述直流电源正极接口、接地端口分别与直流电源正、负极连接。本发明的点火控制器设计有充电铁芯和触发铁芯，充电线圈中产生的感应电势可以增强50％，控制电路中电容存储的电量能够增加30％，触发线圈中的感应电势能够增大30％，火花塞的点火能量能够增加20％。

Description

一种小型航空活塞发动机的点火控制器

技术领域

本发明属于小型航空活塞发动机领域，具体涉及一种小型航空活塞发动机的点火控制器。

背景技术

目前中小型无人机绝大多数使用航空活塞发动机，其点火系统一般采用磁电机点火系统，该系统多采用飞轮式的旋转磁铁结构，飞轮与曲轴直接连接安装，点火线圈部件则安装在发动机曲轴箱上。

公告号CN 208595007 U的中国专利公布了“一种小型二冲程四缸水平对置航空发动机”，包括磁电机、排气管、联轴器、单向阀、曲轴、曲轴箱、涨裂式连杆、活塞和四个汽缸体。

公告号CN203403950U的中国专利公布了“一种小型二冲程四缸航空发动机，包括曲轴箱、四个缸体、四个化油器、点火机构、油门操纵机构，四个缸体两两水平对置的装在曲轴箱的两侧，曲轴箱上装有曲轴，曲轴通过连杆与四个缸体内的活塞相连接；所述点火机构给对置的两个缸体同步点火、给另一对置的两个缸体180度偏差点火。

公告号CN206158856U的中国专利公布了“一种四缸无人机发动机”，其包括:燃气装置、驱动装置、传动装置和排气装置，所述驱动装置包括：气缸、高压帽、火花塞、气缸垫片、活塞和活塞销，所述气缸一端通过高压帽与火花塞相连。

公告号CN108869029A的中国专利公布了“一种小型二冲程双缸航空汽油发动机”，包括二个汽缸体、排气管、磁电机、曲轴箱、火花塞、点火电缆、磁电机转子、单向阀、化油器、空气滤清器、联轴器、后机箱、曲轴、连杆和活塞。

公告号CN203430682U的中国专利公布了“一种小型二冲程四缸航空发动机的点火机构”，包括与发动机曲轴相固定的点火转子、两个点火线圈、装载四个缸体上的四个火花塞。

上述前四项中国专利公布的发动机均为航空二冲程活塞发动机，其点火机构均采用磁电机点火系统，但无相关技术与产品的详细描述；第五项中国专利虽然公布了点火机构，但仅对点火转子的结构进行了详细描述，对点火线圈仅做了原理性的描述，而且其技术还存在如下缺陷：一、在点火线圈的初级线圈上产生的的能量较弱而且不稳定，会导致在次级线圈产生的点火能量无法达到点火要求，导致火花塞无法正常可靠地点火；二、其改变点火时间的方式为改变飞轮的周向位置，一旦飞轮安装固定后，发动机的点火时间则固定，无法在发动机工作的时候进行动态改变，而发动机在不同转速下的点火时间并不相同，因此会影响发动机在不同转速时的性能；三、缺少停车控制电路，无法使发动机熄火停车。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种小型航空活塞发动机的点火控制器，结构简单、可靠性高，与点火转子构成完整的磁电机点火系统，使得小型航空活塞发动机点火系统能够正常而且可靠地工作。

本发明的技术方案是：一种小型航空活塞发动机的点火控制器，其特征在于：包括壳体、充电线圈、触发线圈、充电铁芯、触发铁芯和控制电路，所述充电线圈和触发线圈分别缠绕于充电铁芯和触发铁芯上，并安装于壳体内；所述控制电路设置于壳体内，包括充电回路、触发回路、放电回路和停车回路；

所述壳体上设置有输出端口、直流电源正极接口和接地端口，所述输出端口通过高压点火线圈与发动机气缸的火花塞相联，所述直流电源正极接口与直流电源正极连接，接地端口与直流电源负极连接。

本发明的进一步技术方案是：所述控制电路中的充电线圈L1、整流二级管D1、D2和电容C1、C2依次相连构成充电回路，二级管D1、D2串联，充电线圈L1一端和二极管D1正极相连，二极管D2的负极与电容C1、C2一端相连，充电线圈L1另一端和电容C1、C2另一端相连，电容C1、C2并联；触发线圈L2、电阻R1、可控硅BG2的控制极、负极依次相连构成触发回路，可控硅BG2的控制极和电阻R1相连，BG2的负极和触发线圈L2相连，整流二级管D3、电阻R2与触发线圈L2并联，二极管D4与触发电路并联；电容C1、C2、可控硅BG2的正极和负极、输出端口和高压点火线圈依次相连构成放电回路；直流电源正极接口、二极管D5、电阻R3、可控硅BG1的控制极、接地端口、二极管D6、充电线圈L1相连构成停车回路，直流电源正极接口与二极管D5的正极相连，可控硅BG1的控制极与R3相连，BG1的正极与充电线圈L1一端相连，负极与接地端口、二极管D6的正极相连，二极管D6的负极与充电线圈L1的另一端相连。

本发明的进一步技术方案是：所述输出端口、直流电源正极接口和接地端口均采用镶嵌螺母装配，与所述壳体连接处采用环氧树脂封灌，用于为抵抗振动和防潮。

本发明的进一步技术方案是：所述点火控制器安装于发动机曲轴箱的外周面上，其数量和布局根据发动机气缸的数量、布局及发火顺序确定。

一种采用小型航空活塞发动机的点火控制器进行发动机点火的方法，其特征在于：

步骤一：将所述点火控制器的输出端口通过高压点火线圈与发动机气缸中的火花塞相联；

步骤二：发动机曲轴带动点火转子旋转，所述点火转子内的永磁铁扫过相联接的点火控制器的充电线圈时；由电磁感应原理在充电线圈内感应出交变电流，交变电流经控制电路整流后将电荷储存在电容里；

当所述点火转子继续旋转，永磁铁扫过点火控制器的触发线圈L2时，在触发线圈L2也感应出交变电流；产生的感应电压达到预定值时，控制电路将控制电容进行放电，向高压点火线圈输入一个脉冲电压，在与高压点火线圈所联接的火花塞的电极间中产生高能量电火花，即完成了一次点火过程。

一种采用小型航空活塞发动机的点火控制器进行发动机停车的方法，其特征在于：接通连接点火控制器的直流电源，将BG1导通，同时充电线圈短接，电容C1、C2停止充、放电，发动机气缸中的火花塞停止点火，从而实现停车；关闭直流电源后，可控硅BG1断开。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1、本发明的点火控制器设计有充电铁芯和触发铁芯，充电线圈中产生的感应电势可以增强50％，控制电路中电容存储的电量能够增加30％，触发线圈中的感应电势能够增大30％，火花塞的点火能量能够增加20％；

2、本发明的点火控制器内部设计了控制电路，能够将交流电转换成直流电，并在电路中采用并联电容的方式使输出的电流更为平滑，使得电容上的充、放电电压更为稳定，同时也提升了输出直流电压的平均值，保证了火花塞的点火能量的稳定和充足，提高了点火的可靠性；

3、本发明的点火控制器可以使点火时刻随着转速的变化而变化，这是因为转速较低使得触发线圈中产生感应电流变化缓慢，导通可控硅的电压值产生的较晚，因此触发点火时刻较晚，转速较高时导通可控硅的电压产生较早，因此触发点火时刻较早，这样无需调整点火控制器的位置即可调整不同转速下的点火时刻，使得发动机在各种转速下的工作性能较好；

4、本发明设计了停车电路，能够保证发动机的正常停车，且能够有效防止无人机上其他电气设备的电磁干扰，可以作为发动机停车的其中一种方式，能够在其他停车方式异常的情况下保证发动机正常停车；

5、本发明的点火控制器通用性强，通过不同的安装布局能够在单缸或多缸发动机上使用。

附图说明

图1是本发明的点火控制器的结构及接口示意图；

图2是本发明的点火控制器的控制电路图；

图3是本发明的点火控制器的两种安装示意图。

附图标记说明：1—壳体、2—充电线圈、3—触发线圈、4—充电铁芯、5—触发铁芯、6—输出端口、7—直流电源正极接口、8—接地端口、9—点火控制器、10—点火转子。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，提供一种用于小型航空活塞发动机的点火控制器，其结构由壳体1、充电线圈2、触发线圈3、充电铁芯4、触发铁芯5及控制电路组成，在充电线圈2和触发线圈3的内部分别插入磁化后的充电铁芯4和触发铁芯5，磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样充电铁芯4和通电后的充电线圈2的磁场互相叠加，触发铁芯5和触发线圈3的磁场互相叠加，能够增强充电线圈2的磁感应强度，能够增大充电线圈2中的感应电势，增加控制电路中电容存储的电荷。触发线圈3的磁感应强度也得到增强，能够增大触发线圈3中的感应电势，更可靠的控制电容放电。

点火控制器9在壳体1上设有输出端口6、直流电源正极接口7、接地端口8。点火控制器9的输出端口6与高压点火线圈相联，高压点火线圈与气缸的火花塞相联，直流电源正极接口7联接的直流电源正极，接地端口8接电源负极。

如图2所示，点火控制器9控制电路中的充电线圈L1、整流二级管D1、D2和电容C1、C2依次相连构成充电回路，二级管D1、D2串联，充电线圈L1一端和二极管D1正极相连，二极管D2的负极与电容C1、C2一端相连，充电线圈L1另一端和电容C1、C2另一端相连，电容C1、C2并联；触发线圈L2、电阻R1、可控硅BG2的控制极、负极依次相连构成触发回路，可控硅BG2的控制极和电阻R1相连，BG2的负极和触发线圈L2相连，整流二级管D3、电阻R2与触发线圈L2并联，二极管D4与触发电路并联；电容C1、C2、可控硅BG2的正极和负极、输出端口和高压点火线圈依次相连构成放电回路；直流电源正极接口、二极管D5、电阻R3、可控硅BG1的控制极、接地端口、二极管D6、充电线圈L1相连构成停车回路，直流电源正极接口与二极管D5的正极相连，可控硅BG1的控制极与R3相连，BG1的正极与充电线圈L1一端相连，负极与接地端口、二极管D6的正极相连，二极管D6的负极与充电线圈L1的另一端相连。

本发明的点火控制器的工作原理如下：

当与曲轴同步旋转的点火转子10的永磁铁扫过点火控制器的充电线圈L1、时，在充电回路上，由于充电铁芯4对磁感应强度增强的作用，在充电线圈L1内感应出幅值很高的交变电流，交变电流经整流二级管D1、D2整流后成为脉冲直流电流，将电荷储存在电容C1、C2里。

当点火转子10继续旋转，在触发回路上，永磁铁扫过点火控制器的触发线圈L2时，在触发线圈L2也感应出交变电流，经过通过R1分压限流，产生的感应电压作用在可控硅BG2的控制极上，当电压达到预定值时，可控硅BG2导通。

可控硅BG2导通后，放电回路上的电容C1、C2通过导通的可控硅BG2向高压点火线圈输入一个脉冲电压，在高压点火线圈的次级线圈升压的作用下，在与高压点火线圈所联接的火花塞的电极间中产生高能量电火花，同时由于二极管D1、D2的单向导通作用，防止电容C1、C2向充电线圈L1放电。当作用在可控硅BG2控制极上的电压下降到小于预定值时，可控硅BG2关闭，放电回路断开，电容停止放电，火花塞也停止点火。

当发动机需要停车时，接通停车回路上的直流电源，作用在可控硅BG1的控制极上，将其导通，这样将充电线圈L1短接，火花塞停止点火，发动机停车，关闭直流电源后，可控硅BG1断开。

并联电容C1、C2的作用除了充电、放电外还具有增大电容容量和滤波作用，能使输出的电流更为平滑，使得电容上的充、放电电压更为稳定，同时也提升了输出直流电压的平均值，保证了火花塞的点火能量的稳定和充足，提高了点火的可靠性。二极管D3的作用是整流产生导通可控硅BG2的电压，电阻R1、R2的作用是减少可控硅BG2承受的反向电压，保护可控硅元件。

如图3所示，点火控制器9安装在曲轴箱外周面上，其所在周面与点火转子10同轴，点火控制器9的数量及布局应根据发动机气缸的数量、布局及发火顺序成一定的角度进行布置，并和点火转子10在旋转圆周的径向保留设定的间隙，防止在点火转子10高速旋转时与充电铁芯4和触发铁芯5发生碰撞造成发动机故障。如图3左图所示，对于单缸或水平对置两缸的小型航空二冲程活塞发动机，仅需安装一个点火控制器来控制气缸点火，当点火转子10每旋转360度时，点火控制器9重复一次上述点火工作过程，如图3右图所示，对于水平对置四缸发动机，由于其前排气缸和后排的点火时刻相差180度，可相隔180度垂直安装两个点火控制器分别控制前排和后排气缸点火，当点火转子10每旋转360度时，前排气缸和后排气缸各进行一次点火，这样就实现了点火系统的工作循环。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种小型航空活塞发动机的点火控制器，其特征在于：包括壳体、充电线圈、触发线圈、充电铁芯、触发铁芯和控制电路，所述充电线圈和触发线圈分别缠绕于充电铁芯和触发铁芯上，并安装于壳体内；所述控制电路设置于壳体内，包括充电回路、触发回路、放电回路和停车回路；

所述壳体上设置有输出端口、直流电源正极接口和接地端口，所述输出端口通过高压点火线圈与发动机气缸的火花塞相联，所述直流电源正极接口与直流电源正极连接，接地端口与直流电源负极连接。

2.根据权利要求1所述小型航空活塞发动机的点火控制器，其特征在于：所述控制电路中的充电线圈L1、整流二级管D1、D2和电容C1、C2依次相连构成充电回路，二级管D1、D2串联，充电线圈L1一端和二极管D1正极相连，二极管D2的负极与电容C1、C2一端相连，充电线圈L1另一端和电容C1、C2另一端相连，电容C1、C2并联；触发线圈L2、电阻R1、可控硅BG2的控制极、负极依次相连构成触发回路，可控硅BG2的控制极和电阻R1相连，BG2的负极和触发线圈L2相连，整流二级管D3、电阻R2与触发线圈L2并联，二极管D4与触发电路并联；电容C1、C2、可控硅BG2的正极和负极、输出端口和高压点火线圈依次相连构成放电回路；直流电源正极接口、二极管D5、电阻R3、可控硅BG1的控制极、接地端口、二极管D6、充电线圈L1相连构成停车回路，直流电源正极接口与二极管D5的正极相连，可控硅BG1的控制极与R3相连，BG1的正极与充电线圈L1一端相连，负极与接地端口、二极管D6的正极相连，二极管D6的负极与充电线圈L1的另一端相连。

3.根据权利要求1所述小型航空活塞发动机的点火控制器，其特征在于：所述输出端口、直流电源正极接口和接地端口均采用镶嵌螺母装配，与所述壳体连接处采用环氧树脂封灌，用于为抵抗振动和防潮。

4.根据权利要求1所述小型航空活塞发动机的点火控制器，其特征在于：所述点火控制器安装于发动机曲轴箱的外周面上，其数量和布局根据发动机气缸的数量、布局及发火顺序确定。

5.一种采用权利要求1所述小型航空活塞发动机的点火控制器进行发动机点火的方法，其特征在于：

步骤一：将所述点火控制器的输出端口通过高压点火线圈与发动机气缸中的火花塞相联；

步骤二：发动机曲轴带动点火转子旋转，所述点火转子内的永磁铁扫过相联接的点火控制器的充电线圈时；由电磁感应原理在充电线圈内感应出交变电流，交变电流经控制电路整流后将电荷储存在电容里；

当所述点火转子继续旋转，永磁铁扫过点火控制器的触发线圈L2时，在触发线圈L2也感应出交变电流；产生的感应电压达到预定值时，控制电路将控制电容进行放电，向高压点火线圈输入一个脉冲电压，在与高压点火线圈所联接的火花塞的电极间中产生高能量电火花，即完成了一次点火过程。

6.一种采用权利要求1所述小型航空活塞发动机的点火控制器进行发动机停车的方法，其特征在于：接通连接点火控制器的直流电源，将BG1导通，同时充电线圈短接，电容C1、C2停止充、放电，发动机气缸中的火花塞停止点火，从而实现停车；关闭直流电源后，可控硅BG1断开。

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