CN1245867A - 一种产生汽车高压点火的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种产生汽车高压点火的方法及装置,先通过直流升压变换电路DC/DC(1)使工作电压升高后,然后通过电容充放电电路(2)、触发电路(3)再连接高压脉冲变压器(4)的初级,由高压脉冲变压器进行第二次升压并输出至火花塞,由触发电路对电容充放电电路放电进行点火控制,其放电时在高压脉冲变压器的次级产生点火。本发明效率高,点火能量大,有效提高发动机的工作性能,降低排放,而且功耗小、稳定性好。

Description

一种产生汽车高压点火的方法及其装置

本发明涉及一种产生汽车高压点火的方法及其装置，尤其涉及汽车点火的控制和的高压点火的产生装置。

目前，广泛应用于汽车(包括各种汽油发动机用)的点火系统可分为无触点电子点火系统及有触点点火系统两大类。在现有这两大类点火系统中点火线圈(高压点火的产生装置俗称考尔COIL)都采用传统的升压变压器，即使在电喷控制的发动机中，虽然可以不用传统的分电器(控制点火的时间并将点火线圈产生的点火高电压分入各个汽缸)，其高压点火(微处理器控制)，但系统中仍不能不用传统的点火线圈(视需要可能采用多只点火线圈)，由点火线圈的次级产生1万5千伏左右的高电压使汽缸内火花塞放电，从而使混合气做功。也就是说现有产生汽车高压点火的方法仍采用点火线圈，该点火线圈的结构为一升压变压器，其初级线圈阻值在0.5～2Ω左右，次级线圈阻值在数千Ω。此变压器升压的倍数为一千倍左右甚至更高。现有的点火系统中点火线圈在工作时初级电流很大(一般都大于5A，高能点火甚至达到8A以上)，使得现有的电子点火控制器中需大功率开关三极管，损耗和负荷大，有触点点火控制器的触点开关虽然镀有贵金属，但不断形成的开关火花使其使用寿命短，需要频繁更换。即便如此，火花塞的点火能量仍很小，因此现有的点火线圈功耗很大、效率低、频率响应慢，对无触点点火控制器的电子元器件规格和工艺要求高，成本高，而且仍容易损坏，点火闭合角的特性不易满足汽车的从低速到高速的全部速度范围，在汽车高速行驶过程中点火系统中的点火电压不稳定。而且现有的点火线圈升压变压器的负载大，初次级的电压相差太多，对点火线圈制造的要求高，实际上，点火线圈在使用时发热量大，使用寿命只有一年左右，高能点火线圈的使用时发热更剧。

本发明的目的在于克服上述现有点火线圈及其点火控制系统的缺陷，提出一种汽车高压点火的新方法，提供一种低功耗、高稳定、高能量点火的高压点火产生装置，本发明亦为同步电子点火线圈，使汽车在全部速度范围内行驶过程中点火正时正确，可节省燃油，减低点火控制器及其点火线圈的成本，增加点火控制器及点火线圈的可靠性，并也能大大延长电子点火控制器及有触点点火器的寿命。

本发明的目的在于使各种点火控制装置的控制电流均很小，从而增加点火控制装置的负荷能力和可靠性。

本发明的目的在于兼容现有汽车点火控制方法和装置本发明目的在于为了进一步提高点火特性，降低电磁干扰。

本发明的目的是这样实现的：一种产生汽车高压点火的方法，其特征是先通过直流升压变换电路DC/DC(1)使汽车自身工作电压升高后，然后通过电容充放电电路(2)、触发电路(3)再连接高压脉冲变压器(4)的初级，由高压脉冲变压器进行第二次升压并输出至火花塞。直流升压变换电路的高压直流输出端通过电容充放电电路并且连接在高压脉冲变压器初级，高压脉冲变压器的次级输出接火花塞，由触发电路对电容充放电电路放电进行点火控制，其放电时在高压脉冲变压器的次级产生点火。

一种汽车高压点火产生装置，其特征是包括直流升压变换电路DC/DC(1)、电容充放电电路(2)、触发电路(3)、高压脉冲变压器(4)构成，直流升压变换电路的高压直流输出端串联至少一电容并且连接在高压脉冲变压器初级，高压脉冲变压器的次级输出接火花塞，触发电路为对电容充放电电路放电控制电路--一般为开关电路。

其中DC/DC变换器的主要功能为将汽车上的直流工作电源(+12V)变换为几百伏左右的交流电源，变换电路所含的整流电路是将几百伏的交流电源转变为几百伏的直流电源。电容充放电电路是将电容充电的能量由触发电路触发电容通过高压脉冲变压器的初级线圈进行放电，由高压脉冲变压器的次级线圈形成一万伏到几万伏的高压点火脉冲电压，此输出可通过分电器高压点火线输至火花塞。电喷发动机无需分电器，可直接被引入火花塞。

本发明的进一步改进是另设有防干扰电路(5)。防干扰电路(5)是在输出端设有串联的二极管D4B和并联的电阻R1B。

本发明亦可称为同步电子点火线圈或称同步电子点火电路(同COIL的功能并有点火控制功能)。可将本发明同步电子点火电路(共5部分)封装成一个标准的点火线圈总成。或将所述DC/DC变换电路(1)专门封装成一个部件，其余4部分电路(2)、(3)、(4)、(5)封装成一个标准的点火线圈总成(COIL)。

本发明的特点是：由于通过二级升压(直流变换电路和高压脉冲变压器)使输出达到所需的点火电压，直流变换电路一般采用高效率的开关电源电路，而高压脉冲变压器的只是从几百伏变换到一万多伏，其效率也远比传统的点火线圈高，点火输出的能量大，方便适用于高能点火，有效提高发动机的工作性能，降低排放。而且功耗小、稳定性好、尤其方便于对点火正时的由微处理器发出的精确控制，便于使汽车在全部速度范围内行驶过程中点火正时正确，可节省燃油，对电子元器件的要求可以降低，使点火控制器(触发装置)和点火发生器本身的寿命延长。本发明的优点还在于使各种点火控制装置的控制电流均很小，从而增加点火装置的可靠性。

本发明提供的封装和集成使得在制造和装配上可以利用现成的有关工艺，尤其是现有各种有触点和无触点的触发信号产生装置(如白金断电器、霍尔、磁脉冲等)，产品的推广应用更加方便。

本发明可以应用于各种汽油发动机的点火，同时，由于在设计上的方便，本发明点火装置的能量可以很大，尤其适应于有些对能量要求高的车辆。以天然气和液化石油气等为燃料的车辆和发动机(非压缩点火燃爆)也有着极好的用途。

以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明电路的框图

图2为本发明的实施例电路图

图3为本发明的另一种实施例电路图

图4为本发明的外壳示意图

由图1-4说明实施例：产生汽车高压点火的方法的实施例是，先通过直流升压变换电路DC/DC(1)使汽车自身工作电压升高10-80倍，直流升压变换电路DC/DC由振荡电路和升压整流电路构成，先经过振荡电路，DC/DC的输出为100-1000V，实施例中采用400V左右为好，与现有高压点火火花塞兼容，本发明亦通过充放电电路(2)连接高压脉冲变压器(4)的初级，充放电电路为电容充放电电路：直流升压变换电路的高压直流输出端串联一电容并且连接在高压脉冲变压器初级，高压脉冲变压器的次级输出满足火花塞点火电压(一般为1-10万伏)，并接火花塞，另有触发电路对电容充放电电路放电进行控制，其放电时在高压脉冲变压器的次级产生点火。当高压脉冲变压器的次级设计按次级输出1-1.5万伏的参数考虑时，当电容充放电电路的电压为400V，高压点火电压使用1.2万伏时，脉冲变压器只要按升高30倍的参数来设计，这就大大优于现有点火线圈的设计----脉冲变压器的次级匝数可以大大减少，很容易在次级获得较大的电流，从而获得更大的点火能量，例如只要类同电视的高压包即可，器件的体积更小、可靠性更高。考虑到与现有点火线圈的输出参数兼容，高压脉冲变压器初次级的匝数比为1∶30，由于点火能量和输出电压很容易满足要求，故压脉冲变压器的设计也是大大简化了。

当然，充放电电路也可以采用倍压或多倍压电路(包括倍压整流电路)来提高高压脉冲变压器的初级输入电压，亦可以在充放电电路中采用限压元器件对次级输出电压进行限定，这些均没有超出本发明的范围。

图1框图中，将同步电子点火电路封装成一个标准的点火线圈总成，该点火线圈C(CO1L)外部端子有高压帽(高压输出端)HV、触发端B及+12V正端D从蓄电池接电，外壳上可以接地GN D。其装置包括直流升压变换电路DC/DC(1)、电容充放电电路(2)、触发电路(3)、高压脉冲变压器(4)、防干扰电路(5)构成。图4是将以上所述5个部分电路封装的一外壳内，其外形同现有点火线圈高压帽HV输出至火花塞。也可将DC/DC变换电路(1)，单独封装成一个标准部件，其余电路封装成一个标准点火线圈总成。

图2电子点火及控制电路中晶体三极管T1、T2为振荡器件，与电容C1、C2、C3，电阻R1、R2，开关变压器TL1，硅整流桥D1B，滤波电容C1B及滤波电感LB组成DC/DC变换电路，可将低压直流电(+12V)变换成几百伏高压直流电。图中本实施例中采用最典型的开关电源电路，变压器TL1设有反馈抽头，双管推挽式振荡及变压器升压电路，其振荡频率选用50-120K，开关电路的输出连接电容充放电电路，另一种振荡电路可采用时基振荡电路，以555时基电路作为振荡芯片；振荡电路的实施例还可采用单管正反馈电路，振荡要满足正反馈的要求，振荡电路在产生振荡的同时又经过变压器的升压。选择升压变压器参数使输出为400、800V----即第一步升压33倍和67倍，均为本发明的实施例。

从DC/DC电源变换的输出端，连接由二极管D2B、D3B，充电电容C2B，电感L1B，高压脉冲变压器L2B初级及可控硅SCR组成充、放电电路。

在上述电子点火及控制电路中电阻R1A、R2A、R3A，电容C1A、C2A、C3A，电感LA，二极管D2A、D3A，可控硅SCR组成触发电路，可控硅SCR导通时充放电电容C2B放电，触发电路与电容放电回路和点火线圈初级连通，次级高电压输出。

电子点火及控制电路中，触发回路联有电阻ROA、发光二极管D1A组成触发信号显示电路(附加功能)。当有触发信号时，发光二极管D1A发出亮光。

点火及控制电路中高压输出端并联电阻R1B，串联的二极管D4B，另可串联一电感，此为进一步提高点火特性，降低电磁干扰而专门设计的。

从点火及控制电路中可知触发端B通过控制可控硅等固态开关器件的触发电路，并可连接标准无触点电子点火控制器(断电器)的分电器位置传感器作为触发信号。其触发信号由目前最常用的霍尔器件、磁感应线圈作为无触点传感器的位置触发信号，本发明甚至可用光电器件和干簧管作为分电器位置传感器，也可用及有触点点火器(白金断电器)。在用白金断电器时，白金断电器的接法有两种，一种接法是如同现有点火线圈的初级，在本发明中串联接在脉冲变压器的初级，第二种接法是通过接地直接接入电容放电电路的开关器件的触发端电位--如可控硅的触发端或开关三极管的基极。

在电喷控制时由微处理器产生触发端控制信号，直接控制电容放电电路的触发端。由于该触发端触发电流很小，所以大大降低了触发控制点火的功率，高压脉冲变压器产生的点火能量按要求而设计，电路和器件上很容易实现此指标，使电喷点火控制也变得更为方便可靠。本发明使无触点点火控制器及有触点断电器的寿命大大提高。

触发电路的另一实施例是使用开关管，如图3所示，由电阻R1A、R2A、R3A，电容C1A、C2A、C3A、电感LA、二极管D2A、D3A、开关管T2B、变压器L1A、三极管T1A组成触发电路。从触发端的信号输入B，连接三极管T1A的基极或栅极，由其放大输出并通过耦合变压器L1A驱动开关管T2B的导通，开关管T2B可为普通三极管、场效应管、晶闸管等，从以上所述的分电器位置传感器所产生的信号控制开关管的基极。总之，直流升压变换电路DC/DC(1)、电容充放电电路(2)、触发电路(3)均可为现有常用的振荡和放大电路，此外不多赘述。

Claims (9)

1.一种产生汽车高压点火的方法，其特征是先通过直流升压变换电路DC/DC(1)使工作电压升高后，然后通过电容充放电电路(2)、触发电路(3)再连接高压脉冲变压器(4)的初级，由高压脉冲变压器进行第二次升压并输出至火花塞，直流升压变换电路的高压直流输出端通过电容充放电电路并且连接在高压脉冲变压器初级，高压脉冲变压器的次级输出接火花塞，由触发电路对电容充放电电路放电进行点火控制，其放电时在高压脉冲变压器的次级产生点火。

2.由权利要求1所述的产生汽车高压点火的方法，其特征是直流升压变换电路DC/DC(1)使工作电压升高10-80倍，由高压脉冲变压器进行第二次升压并达到火花塞工作电压。

3.由权利要求1、2所述的产生汽车高压点火的方法，其特征是对触发电路的触发信号产生装置为分电器位置传感器，由霍尔器件、磁感应线圈作为无触点传感的触发信号或白金断电器产生有触点触发信号，在电喷控制时由微处理器产生触发端控制信号。

4.由权利要求1所述的产生汽车高压点火的方法，其特征是直流升压变换电路DC/DC(1)为开关电路。

5.一种产生汽车高压点火的装置，其特征是包括直流升压变换电路DC/DC(1)、电容充放电电路(2)、触发电路(3)、高压脉冲变压器(4)构成，直流升压变换电路的高压直流输出端至少串联一电容并且连接在高压脉冲变压器初级，高压脉冲变压器的次级输出接火花塞，触发电路为对电容放电进行控制的开关电路。

6.由权利要求5所述的产生汽车高压点火的装置，其特征是在高压脉冲变压器(4)的输出连接抗干扰电路(5)，抗干扰电路(5)为串联的二极管(D4C)及并联一电阻(R1B)构成。

7.由权利要求5所述的产生汽车高压点火的装置，其特征是将直流升压变换电路DC/DC(1)、电容充放电电路(2)、触发电路(3)、高压脉冲变压器(4)以及抗干扰电路(5)封装成一体构成。

8.由权利要求5所述的产生汽车高压点火的装置，其特征是触发电路为可控硅(SCR)或开关管(T2B)组成，触发电路与电容放电回路和点火线圈初级连通。

9.由权利要求5所述的产生汽车高压点火的装置，其特征是触发回路串联有电阻(ROA)、发光二极管(D1A)组成触发信号显示电路。

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