CN1194169C - 全晶体管点火设备 - Google Patents

Abstract

一种全晶体管点火设备，通过该设备能按每转最优地控制一个点火线圈的初级电流的激励时间，并且在低转速至在高转速时能够得到初级电流的必要和最小激励时间。该设备带有：一个初级线圈的初级电流控制部分23，包括具有不同时间常数和具有相反充电与放电计时的第一和第二CR电路31和32；一个比较器CP，用来比较各电容器C1和C2的电压；及一个校正电路33，连接到电容器C1之一上。

Description

全晶体管点火设备

技术领域

本发明涉及一种用于发动机的点火设备，特别涉及一种有效应用于在发动机点火中使用的无接触全晶体管点火设备的技术。

背景技术

按常规，就在发动机点火中使用的无接触全晶体管点火设备而论，采用这样一种方法，从而对于初级侧已经预先激励电流(下文称作初级电流)；当提高满足公式w＝(L×I²)/2的点火线圈w的初级侧的能量时，迅速中断对初级侧已经激励的电流；在点火线圈的初级侧感应反电动势；及使这时在次级侧产生的高电压在一个火花塞处放电，并且点燃在发动机内的空气燃料混合物。

在如上述一种那样用在发动机点火中的全晶体管点火设备中，例如在点火线圈的初级电流的模拟控制中，在一个四轮驱动的车辆中，拾波线圈的形状不同于两轮驱动的车辆的，如图4中所示(4A：用于四轮驱动的车辆，4B：用于两轮驱动的车辆)，并且象图5中所示的初级电流控制电路，在一个拾波线圈与一个用来切换一个点火线圈的晶体管之间，连接有包括一个二极管、一个电容器和电阻的凸轮角控制电路，并且晶体管的工作点由拾波线圈的产生电压和存储在电容器中的电荷改变。

在这样一种初级电流控制电路中，例如，如图6中所示，在拾波线圈的产生电压中的较低转动速率下，晶体管能由稍负的电压切断；相反，在较高转动速率时，把晶体管的工作电压传送到较大负电压侧。因此，就晶体管的接通时间而论，速率变得越高，触点闭合角增大得越多，并且接通时间变得越长。以这种方式，通过利用一个信号发生器的拾波线圈本身随转动速率升高而增大的产生电压、和通过借助于产生电压的增大降低晶体管的工作点，进行触点闭合角控制，并且防止在较高转动速率时点火线圈的产生第二电压的降低。

然而，即使在如上述那样使用初级电流控制电路的初级电流的模拟控制中，尽管改变一个点火线圈的激励时间，但也难以仅激励在较低转动速率时至较高转动速率时的某一时间，由于在比必要的时间长的时间期间使初级电流流动，所以需要添加一个点火保护电路，并且估计浪费消耗功率。特别是，由于需要按发动机每转使初级电流流动和中断，所以电流能流动到点火线圈的时间受每一定时间发动机转数的限制，例如，为了产生足够的次级电压，必须使初级电流仅在5ms(毫秒)量级上的时间期间流动，然而，在较低转动速率时，使电流在较长时间期间流动，如在60ms(毫秒)量级上的时间期间流动。

况且，在两轮驱动的车辆的情况下(模拟控制)，由于点火提前角范围由磁阻(reluctor)的宽度确定，所以难以采用象常规例子采用的那样的拾波。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于，提供一种全晶体管点火设备，该设备用来按每转最优地控制一个点火线圈的初级电流的激励时间，在每秒低转数时至每秒高转数时能够得到必要和最小的初级电流激励时间，由此按原样利用用于双轮车(two-wheeler)的一个常规ACG飞轮，并且能够使激励启动的计时精确以及抑制消耗功率。

本发明在初级电流控制中利用一个电容器和一个电阻的CR时间常数、和CR电路的频率特性，并且每一个周期执行比较控制和最优校正。具体地说，根据本发明的一种全晶体管点火设备带有：比较控制装置，用来比较具有不同时间常数和分别具有相反充电放电计时的两组CR电路的电压、和这两组CR电路的电容器的电压，当CR电路的电容器之一的电压高于CR电路其他电容器的电压时，控制该电压从而通过切换在接通点火线圈时使用的一个晶体管激励初级电流；和一个校正控制装置，连接到CR电路的一个电容器上，用来通过利用一个脉冲信号按每转进行最优校正，并且用来最优地控制一个在其期间初级电流流经点火线圈的激励时间。

根据本发明的一种全晶体管点火设备，能得到如下优点：

(1)由于通过带有：比较控制装置，用来比较和控制具有相应不同时间常数和相反充电与放电计时的两组CR电路的电压、和这两组CR电路的电容器的电压；和校正控制装置，用来通过利用一个脉冲信号按每转进行最优校正，并且用来最优地控制一个用来激励通过一个点火线圈的初级电流的激励时间，能按每转最优地控制初级电流的激励时间，所以有可能在低转速时至高转速时得到必要和最小的初级电流激励时间。

(2)根据上述(1)，能按原样利用一个用于双轮车的一个常规ACG飞轮。

(3)根据上述(1)，通过按每转的比较和最优校正能精确地进行激励启动计时，并且能抑制消耗电功率。

附图说明

图1是方块图，表示是本发明第一实施例的一种全晶体管点火设备；

图2是电路图，表示在本发明第一实施例中配置一种全晶体管点火设备的一个初级线圈的初级电流控制部分；

图3是计时图，表示在本发明第一实施例中在一个初级线圈的一个初级电流控制部分的主要部分中的操作波形；

图4A是说明图，表示拾波线圈，而图4B是说明图，表示在根据本发明一个实施例的一种全晶体管点火设备中在一个两轮驱动的车辆中使用的一个飞轮；

图5是电路图，表示在是本发明前提的一种全晶体管点火设备中的一个初级电流控制电路；及

图6是计时图，表示在是本发明前提的一种全晶体管点火设备中在低转速时和在高转速时的操作波形。

具体实施方式

此后，根据附图将描述本发明的最佳实施例。图1是功能方块图，表示是本发明一个实施例的一种全晶体管点火设备；图2是电路图，表示在本发明一个实施例中配置一种全晶体管点火设备的一个初级线圈的初级电流控制部分；及图3是时序图，表示在本发明一个实施例中在一个初级线圈的初级电流控制部分的主要部分中的操作波形。

首先，根据图1，下面将描述在本发明的本实施例中一种全晶体管点火设备的配置的一个例子。对于用于两轮驱动的车辆的发动机，例如采用本实施例的一种全晶体管点火设备，该设备包括一个ACG线圈1、一个脉冲发生器线圈2、一个控制电路3、一个点火线圈4、一个火花塞5等，并且这样配置，从而从ACG线圈1和脉冲发生器线圈2输出的一个波形信号输入到控制电路3。在控制电路3中产生的电压供给到点火线圈4的初级线圈，而在初级电流中断时在次级线圈中产生的次级电压在火花塞5处放电。

控制电路3包括一个调节器/整流器11、一个用于初级线圈的电源部分12、一个用于控制电路的电源部分13、一个控制部分14、一个功率晶体管15等。在控制部分14中，提供一个点火计时范围控制部分21、一个提前角控制电路22、一个初级线圈的初级电流控制部分23等。

调节器/整流器11连接到ACG线圈1的一个输入终端上。一个ACG信号从ACG线圈1输出，并且该电流由作为一个输入的ACG信号整流。整流电压输出到用于初级线圈的电源部分12，并且输出到用于控制电路的电源部分13。

用于初级线圈的电源部分12连接到调节器/整流器11的一个输出上。使从调节器/整流器11输出的电压作为一个输入，并且根据该电压，产生一个用来供给点火线圈4的初级线圈的电压。产生的电压输出到对其连接点火线圈4的初级线圈的输出终端。

用于控制电路的电源部分13连接到调节器/整流器11的一个输出上，与用于初级线圈的电源部分12并联。使从调节器/整流器11输出的电压作为一个输入，并且根据该电压，产生一个用来操作控制部分14的电压。产生的电压输出到控制部分14的一个连接终端。

在控制部分14中，点火计时范围控制部分21经控制部分14的一个连接终端连接到脉冲发生器线圈2的一个输入终端上。使从脉冲发生器线圈2输出的一个脉冲发生器信号作为一个输入，并且根据脉冲发生器信号，产生一个点火计时范围信号。产生的点火计时范围信号输出到提前角控制电路22和初级线圈的初级电流控制部分23。

提前角控制电路22连接到点火计时范围控制部分21的一个输出上，以及经与点火计时范围控制部分21并联的控制部分14的一个连接终端连接到脉冲发生器线圈2的一个输入终端上。使从脉冲发生器线圈2输出的一个脉冲发生器信号和从点火计时范围控制部分21输出的一个点火计时范围信号作为输入，并且根据这些脉冲发生器信号和点火计时范围信号产生一个点火提前控制信号。点火控制信号输出到初级线圈的初级电流控制部分23。

初级线圈的初级电流控制部分23分别连接到点火计时范围控制部分21和提前角控制电路22的输出上，以及经与点火计时范围控制部分21和提前角控制电路22并联的控制部分14的一个连接终端连接到脉冲发生器线圈2的一个输入终端上。使从脉冲发生器线圈2输出的一个脉冲发生器信号、从点火计时范围控制部分21输出的一个点火计时范围信号及从提前角控制电路22输出的一个点火提前控制信号作为输入，并且根据这些脉冲发生器信号、点火计时范围信号及点火提前控制信号，产生初级线圈的一个初级电流控制信号，从而初级线圈的初级电流控制信号经控制部分14的一个连接终端输出到功率晶体管15的基极。

就功率晶体管15而论，其基极连接到连接于初级线圈的初级电流控制部分23的一个输出上的控制部分14的一个连接终端上，其集电极连接到点火线圈4的一个输出终端上，及其发射极连接到接地电压上。功率晶体管15由从初级线圈的初级电流控制部分23输出的初级线圈的初级电流控制信号控制。当初级线圈的初级电流控制信号的电压电平较高时，接通功率晶体管15，集电极电流流动，从而初级电流流到点火线圈4的初级线圈。相反，当初级线圈的初级电流控制信号的电压电平较低时，断开功率晶体管15。

其次，根据图2，下面详细描述配置本发明本实施例的一种全晶体管点火设备的初级线圈的初级电流控制部分23的一种配置的一个例子。本实施例的初级线圈的初级电流控制部分23包括多个晶体管TR1至TR6(TR1、TR3和TR6是NPN型晶体管，TR2、TR4和TR5是PNP型晶体管)、多个电容器C1和C2、多个电阻器R1至R20、多个二极管D1和D2、一个比较器CP等。初级线圈的初级电流控制部分23这样配置，从而分别输入从脉冲发生器线圈2输出的一个脉冲发生器信号、从点火计时范围控制部分21输出的一个点火计时范围信号及从提前角控制电路22输出的一个点火提前控制信号，从功率晶体管15输出初级线圈的一个初级电流控制信号，及从用于控制电路的电源13提供电源。

初级线圈的初级电流控制部分23带有：一个第一CR电路31，包括电容器C1和电阻器R7至R9；一个第二CR电路32，包括电容器C2和电阻器R10至R12，这两个电路具体作为具有各不同的时间常数和相反充电与放电计时的两组CR电路。初级线圈的初级电流控制部分23进一步带有一个比较器CP，作为用来比较电容器C1和电容器C2的电压的比较控制装置。当电容器C1的电压高于电容器C2的电压时，比较器CP把功率晶体管15接通，功率晶体管15负责点火线圈4的切换，并且控制激励至初级线圈的初级电流。

在初级线圈的初级电流控制部分23中，接通比较器CP的计时能通过利用各CR电路的频率特性差别而改变。然而，如果仅使用频率特性，则在低转速时至在高转速时不能得到最优激励时间。然后，对于电容器之一即电容器C1通过利用一个脉冲发生器信号进行按每转的进一步最优校正，并且提供一个包括晶体管TR4和电阻器R12的校正电路33，作为用来最优地控制激励时间以激励至点火线圈4的初级线圈的初级电流的校正控制装置。

下面根据图3表示操作波形的计时图，将描述以上配置的初级线圈的初级电流控制部分23的操作。从脉冲发生器线圈2输出的一个脉冲发生器信号输入到初级线圈的初级电流控制部分23的一个节点A中。脉冲信号是在当其中进行点火控制的范围是最大提前时的最大提前时间下、和在当其中进行点火控制的范围是最大延迟时的最大延迟时间下产生的脉冲波形。在每单个脉冲波形中的波形在最大提前时间下为正，而在最大延迟时间下为负。

根据在最大提前时间下为正而在最大延迟时间下为负的每个信号脉冲形状中的一个脉冲发生器信号，分别在第一CR电路31和第二CR电路32中进行充电和放电。在CR电路之一即在第一CR电路31中，如一个节点B的电压波形，在负脉冲波的产生计时下开始充电，并且继续充电，直到产生正脉冲波形。然后，由正脉冲波的产生计时把充电切换成放电，并且继续放电，直到产生负脉冲波。这时，  当接通晶体管的TR1和TR2时，充电由电容器C1及用来分压的电阻R8和R9的一个时间常数确定。况且，当接通晶体管TR3时，放电由电容器C1和电阻R7的一个时间常数确定。

在另一个第二CR电路32中，如一个节点C的电压波形，在正脉冲波的产生计时下开始充电，并且继续充电，直到产生负脉冲波形。然后，在负脉冲波的产生计时下把充电变化到放电，并且继续放电，直到产生正脉冲波。这时，当接通晶体管的TR1和TR2时，充电由电容器C2及用来分压的电阻器R10和R11的一个时间常数确定。况且，当接通晶体管TR4时，放电由电容器C2和电阻R12的一个时间常数确定。

由于按上述变化的节点B和C的每个信号输入到比较器CP，所以当节点B的信号电平超过节点C的信号电平时，比较器CP输出一个信号。在从该比较器CP输出一个信号的同时，接通晶体管TR5，在该时刻的信号变成功率晶体管15的一个控制信号，然后，当接通功率晶体管15时，初级电流流经点火线圈4的初级线圈，而相反，当断开功率晶体管15时，初级电流不流动。

这时，流经点火线圈4的初级线圈的初级电流的波形是图3中所示的波形。具体地说，按每个循环，电流从当一个信号B和一个信号C交叉的时间增大，而它在预定电流下成为一定电平。在该一定时间期间，例如仅在5ms量级上的一个时间期间，电流流经点火线圈4的初级线圈。在该一定时间过去之后，初级电流中断的计时是点火计时。况且，从使初级电流为低电平的时间起直到信号B和信号C交叉的时间止的时间是初级电流的断开时间。

况且，由于信号B和信号C交叉时的计时能通过彼此比较第一CR电路31和第二CR电路32的电压波形得到，该计时对应于发动机的转速而变化。具体地说，在较高转速时，如用图3中的点划线表示的那样，节点B的波形向较高电压方向转移，而节点C的波形借助于校正电路33相反地向较低电压方向转移，加快信号B和信号C交叉时的计时，并且执行点火提前控制。具体地说，就信号C而论，在其中没有校正电路33的情况下，信号C就象信号B一样向较高电压方向转移，而通过提供包括利用一个脉冲发生器信号的晶体管TR4和电阻器R12的校正电路33，在产生其上产生脉冲的正侧产生的瞬间，接通晶体管TR4，并且连接电阻器R12，通过改变时间常数完成放电，及通过转速的升高能降低波形。由于这种原因，与在低转速时(连续线)相比，加快了在高转速时初级电流波形的电流增大的计时。与低转速时相比以较早计时激励，并且仅在5ms量级上的一个近似相同时间段期间，初级电流能流经点火线圈4的初级线圈。

以这种方式，在低转速至在高转速下仅在按每转校正的最优时间段期间，经点火线圈4的初级线圈预先激励初级电流。当提高点火线圈4的初级线圈的能量时，迅速中断经点火线圈4的初级线圈激励的初级电流。在点火线圈4的初级线圈中感应一个反电动势，并且在这时，在点火线圈4的次级线圈上产生的高电压在火花塞5处放电，从而能点燃在发动机内的混合物。

因此，根据本发明本实施例的一种全晶体管点火设备，通过提供包括第一CR电路31和第二CR电路32的初级线圈的初级电流控制部分23、用来比较各电容器C1和C2的电压的比较器CP、及连接到电容器之一即电容器C1上的校正电路33，能最优地按每转校正初级电流的激励时间，并且能最优地控制初级电流的激励时间。因此，能够在低转速至在高转速下得到初级电流的必要和最小激励时间。

不言而喻，本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明精神的范围可以进行各种修改。

Claims (1)

1.一种全晶体管点火设备，所述设备包括：

一个第一CR电路和一个第二CR电路，分别具有不同的时间常数和相反的充电与放电计时；

比较和控制装置，用来比较所述第一CR电路的一个电容器的电压和所述第二CR电路的一个电容器的电压，并且当所述第一CR电路的电容器的电压高于所述第二CR电路的电容器的电压时，通过接通用来切换一个点火线圈的一个晶体管而控制以便激励通过初级线圈的电流；及

校正和控制装置，连接到所述第二CR电路的电容器上，用来通过利用一个脉冲发生器信号按每转进行最优校正，并且用来最优地控制用来激励通过所述点火线圈的初级线圈的电流的激励时间。

Images