CN1282840A

CN1282840A - 发动机电子点火器

Info

Publication number: CN1282840A
Application number: CN 00105271
Authority: CN
Inventors: 王晏晨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-02-07

Abstract

本发明公开一种内燃发动机电子点火装置。它与传统的感应式高压线圈点火方式不同,主要由点火触发电子开关电路,高频振荡、放大电路,脉冲升压电路组成。它产生的高压火花强而稳定、不受发动机转速快慢影响,且有很高的电能转换效率。本发明点火装置,不但能节约点火电能,更能增强发动机功率,减少尾气污染。本发明点火装置制造成本低、体积小,可以直接安装在发动机每缸的火花塞上,还可以用数字电路脉冲分配器分配触发信号,而不用高压配电器。

Description

发动机电子点火器

本发明涉及一种内燃发动机电子点火装置，尤其是由点火触发器，高压感应点火线圈，高压配电器组成的点火器。

现在的内燃发动机电子点火器，主要是由点火触发器，高压感应点火线圈，高压配电器组成的。触发器通常是与蓄电瓶及感应线圈的初级组成闭合回路的金属触点开关。在四冲程发动机中，触发开关是由装在以二分之一曲轴转速转动的凸轮控制的金属触点开关。它控制感应线圈初级电流的通断，在次级线圈感应产生高压，通过随凸轮一起转动的高压配电器，送到发动机各缸的火花塞，依次点燃各缸工作。这样的开关触点，不停地对大电流回路进行通断操作，很容易损坏。虽然现在有许多无触点电子点火系统，例如：磁感应脉冲触发，霍耳元件触发，光脉冲触发等，还有数字点火系统，都只是在解决触发开关问题上所下的功夫。数字电子点火系统，只是在点火准时性上发挥优势。现用点火器初级线圈电流通断一次，次级线圈产生一个脉冲高压去点火，这是应用最原始的电磁感应现象，点火效率很低；初级线圈接通到达到额定电流，需要一段时间，(约0．01秒)，当发动机转速升高时，触点接通维持时间减少，初级线圈电流可能未达到额定储能值即被截断，使次级线圈感应电压达不到额定点火要求，即火花强弱受转速高低影响；另外，点火线圈高压绕组通常在二万匝以上，匝数多，内阻损耗大、体积大；多缸发动机需用高压配电器将点火高压分送到各缸火花塞，工作可靠性差等问题都没有解决。

本发明的目的就是：提供一种内燃发动机电子点火装置，它具有更高的能量转换效率，点火功率不受转速高低影响，具有更小的体积，甚至可以不用高压配电器，把点火装置安装在火花塞上。

为实现上述目的，本发明采取的方法是：由晶体管振荡电路产生几十KHz的交流电，用高频脉冲变压器升压，达到15K～30KV的高压，送火花塞点火；点火触发器通过电子开关电路控制振荡电路的振荡与否。晶体管振荡电路接通电源后，并不立即起振，它由点火触发器根据发动机转动状态，确定何时由电子开关接通振荡电路中的正反馈回路，允许振荡电路产生高频交流电，经脉冲变压器升压后送火花塞点火。随着发动机的运转，触发器复位，正反馈回路截断，电路停振，高压火花熄灭。发动机转速变化时，触发开关处于触发状态时间的长短变化，只改变振荡持续时间长短，不会影响振荡强弱，即不会影响点火火花功率。

点火触发器触发方式可以是常见的金属开关触点式，也可以是光脉冲触发、磁感应触发、霍耳元件触发等各种无触点触发方式。对于金属触点式，它的工作方式是对电源地线(即负极)接通或断开实施触发的。本发明把触发开关接在PNP晶体管的基极与地之间。触发开关闭合时，PNP晶体管加上正偏电压而饱和导通，其发射极与正反馈回路连接，把正反馈信号短路到地，振荡电路停振；触发开关断开时，也就是要点火时，PNP晶体管截止，正反馈回路脱离对地短路状态，振荡电路工作，产生高压火花，发动机点火。对于四冲程发动机，触发开关由安装在以二分之一的曲轴转速转动的凸轮驱动，以达到同步准确点火。对于无触点脉冲信号触发方式，如果是负脉冲信号触发点火的，可以在本级PNP晶体管基极前加一级倒相放大电路；如果是正脉冲信号触发点火的，在本级PNP晶体管前加两级倒相放大电路。点火触发信号经倒相放大后，加到本级PNP晶体管基极，使之从导通变为截止，振荡、升压电路工作，产生高压火花。

振荡电路可以由晶体管、高频脉冲变压器绕组、正反馈回路等组成自激式开关振荡电路。高频变压器把主绕组、正反馈绕组、次级升压绕组做在一起。变压器主绕组线圈接电源正极与晶体管集电极之间，晶体管发射极接地。振荡电路工作时，晶体管控制变压器主绕组中电流的通断，产生几十KHz的高频交流电，经变压器次级升压，得到点火高压。正反馈绕组产生的正反馈信号受控于触发信号：点火时，正反馈绕组上感应的信号加到晶体管基极，组成正常振荡电路，输出点火高压；点火间隙时，正反馈绕组信号被短路到地，电路停振。

本发明点火装置，因为采用高频振荡电路产生点火高压，高频变压器绕组匝数只要常规点火线圈匝数的十分之一左右，体积可以做得很小，可以把它直接做在火花塞上。在多缸发动机中，通过脉冲分配电路，把触发信号依次分配到各缸点火器，依次点燃各缸。这样，就可省掉高压配电器，以增强工作稳定性，并减少线路损耗。

本发明点火装置，采用高频振荡电路产生高频交流电，用高频升压变压器获得点火高压，体积小巧到可以直接安装在火花塞上而省去高压连接线；它输出的点火高压火花功率不受发动机转速变化影响。与传统的感应式点火线圈相比，本发明点火装置其电能转换效率提高了几倍。它不但火花功率稳定，工作可靠，而且节省成本。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图1是本发明的结构方框图，附图2是本发明的电路原理图，附图3是本发明的纵剖面结构示意图，附图4是附图3所示本发明的Ⅰ-Ⅰ截面图，附图5是分配触发信号到各个点火器的数字脉冲分配电路图。

以四缸四冲程发动机为例。对于金属触点触发方式，其凸轮是一个正四角形轮；对于光脉冲触发方式，其凸轮是一个对称分布四片遮光板叶轮。

在附图2所示电路原理图中，开关K为发动机起动电源E的总开关。触发器的金属触点开关K1接在晶体管T4集电极与地之间，凸轮M转动时控制开关触点开闭。触点闭合时，偏置电阻R5、电阻R6使晶体管T3饱和导通，而晶体管T3的发射极、集电极接在晶体管T1的基极与地之间，因此，加在晶体管T1基极上的正反馈信号被短路到地，振荡电路停振。随着凸轮M转动，轮角把触点断开时，电阻R5使晶体管T3截止，晶体管T1基极脱离接地状态，振荡起动电阻R1把电流输入晶体管T1基极而导通。接在晶体管T1集电极与电源正极之间的变压器B主绕组L1中有增大的电流通过，反馈绕组L3中感应产生的信号，通过电阻R3、电容C2加到晶体管T1的基极，使之进一步导通，并很快趋于饱和；饱和后，绕组L1中电流不再增大，由于线圈绕组感应作用，在反馈绕组L3中感应产生极性相反的信号，加在晶体管T1基极，使晶体管T1退出饱和状态，流过主绕组L1的电流减小，这一变化，在绕组L3中感应产生的信号，使晶体管T1很快趋于截止，完成一次振荡。振荡频率15KHz～50KHz。晶体管T1发射极与地之间接有电阻R4，与晶体管T2、二极管D1组成脉宽调制电路。晶体管T2的集电极也与晶体管T1的基极连接，发射极接地。电阻R4上电压超过0．7V时，通过二极管D1使晶体管T2导通，迫使晶体管T1提前转向截止，实现对输出功率的自动控制。二极管D2、电容C1与电阻R2支路，并接在绕组L1两端，组成振荡恢复电路。振荡电路产生的交流电，经变压器B升压，在次级绕组L2获得高压，送火花塞点火。四角凸轮(M)转一周，触发开关断开四次，电路振荡四次，实现四次点火动作。

对于无触点脉冲信号触发方式，例如光脉冲触发方式，触发信号从晶体管T4基极输入。点火触发时，遮光板把光信号挡住，产生低电平信号，通过电阻R8加到晶体管T4基极，使之截止；其集电极与晶体管T3的基极连接，使晶体管T3也截止，振荡电路工作，输出点火高压。在点火间隙，光信号不被遮光板挡住，产生高电平信号，经电阻R8、电阻R7分压，加到晶体管T4基极而导通，晶体管T3导通，振荡电路停振。四叶凸轮转一周，产生四个低电平脉冲，电路完成四次点火动作。若是以高电平脉冲触发点火的无触点触发情况，可以在晶体管T4前再加一级倒相电路，来改变触发信号极性。

当用四个本发明点火器安装在四缸发动机火花塞上时，用附图5所示的脉冲分配电路把触发信号依次分配到四个点火器。假定点火顺序是1-3-4-2。正脉冲点火触发信号从脉冲分配集成电路CD4022的第14脚输入。第一个点火脉冲信号分配到集成电路CD4022的第2脚输出，接到第一缸点火器触发点火；第二至第四个触发信号分别分配到集成电路的第1、第3、第7脚输出，依次点燃第3、第4、第2缸；第5至第8个触发信号分别分配到集成电路的第11、第4、第5、第10脚输出，再依次点燃发动机第1、第3、第4、第2缸。第9个点火触发信号起，重复上述分配。集成电路CD4022的第16脚接12V电源，第8、第13、第15脚接地。负脉冲点火触发信号从集成电路CD4022的第13脚输入，第14脚接高电位。

附图2电路中，变压器B绕组L1用0．5～0．8高强度漆包线绕20～50匝，绕组L3用0．15左右高强度漆包线绕6～10匝，绕组L1与绕组L3绕在同一个线包中；绕组L2用0．1左右高强度漆包线绕2000～5000匝，绕在多个分隔的线包中。附图2中绕组旁的点表示同名端。铁芯用中心柱为圆柱的E型高频磁芯对合。变压器线包表面用绝缘树脂包封。其它电子元件安装在一块电路板上，绕组L1、绕组L3的引脚直接焊在电路板上。晶体管T1经电绝缘隔离后，固定在一片小铝板上，铝板伸出壳外，可作为点火器固定脚。从线路板上引出电源正极、触发端、地线的连接端，然后与变压器外壳一起用绝缘树脂包封，成为一体。

附图2中其它元件参数型号如下：电源E：12V蓄电瓶；R1：10K；R2：100K；R3：100；R4：0．2；R5：10K；R6：100； R7：100K；R8：100；C1：1KV10n：C2：0．033；D1：S5295G；D2：2CN1B；T1：2SD1403；T2：2SC2060；T3：1N5401；T4：1N5551。

附图3是按照上述原理设计的电子点火器结构纵剖面示意图。脉冲变压器主绕组L1与反馈绕组L3绕在一个线包(7)中，高压绕组L2分绕在几个线包(9)中，各线包有骨架(8)隔离；铁芯用两块E型高频磁芯(6)对合；绕组L2的高压输出端接到插口(10)，绕组其它接线端直接焊接在线路板(5)上。从线路板(5)引出电源正极(1)、地线(3)、触发信号输入端(2)。外壳(4)用绝缘材料制做，内部空间也用绝缘材料(11)填充。

Claims

(1)一种由凸轮驱动用于内燃发动机点火的电子装置，其特征在于：它由凸轮驱动点火触发装置输出点火触发信号，送电子开关电路触发高频振荡电路起振，产生高频交流电，经脉冲变压器升压，输出点火高压，去火花塞点火。
(2)根据权利要求(1)所述的电子点火装置，其特征在于：凸轮驱动点火触发装置，可以是金属触点开关。
(3)根据权利要求(1)所述的电子点火装置，其特征在于：凸轮驱动点火触发装置，可以是无触点触发装置。
(4)根据权利要求(1)所述的电子点火装置，其特征在于：电子元件与脉冲变压器用绝缘材料包封在一起。
(5)根据权利要求(1)所述的电子点火装置，其特征在于：凸轮驱动点火触发信号，可以通过脉冲分配电路，依次分配到各缸的点火装置。
(6)根据权利要求(1)所述的电子点火装置，其特征在于：电子开关电路是由点火触发信号控制的，工作在截止、导通状态，把振荡正反馈电路接通或者短路到地的晶体管电路。
(7)根据权利要求(1)所述的电子点火装置，其特征在于：振荡电路由脉冲变压器的初级绕组，反馈绕组，晶体管组成自激开关振荡电路。
(8)根据权利要求(1)所述的电子点火装置，其特征在于：脉冲变压器把组成振荡电路的初级绕组，正反馈绕组，升压绕组做在一起。