CN212337514U - 一种小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构，属于小型航空活塞发动机领域；包括两个主点火控制器和两个副点火控制器，四个点火控制器沿周向均布于发动机曲轴箱的外周面上，并与发动机曲轴上的点火转子同轴；主、副点火控制器交替设置，一个主点火控制器和一个副点火控制器为一组点火控制器，每组对应控制发动机两个气缸的火花塞。本发明的主点火控制器设计有充电铁芯和触发铁芯，副点火控制器设计有充电铁芯，当点火转子扫过充电线圈时，充电线圈中产生的感应电势可以增强50％左右，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％左右，能够更可靠的控制电容放电，火花塞的点火能量能够增加20％。

Description

一种小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构

技术领域

本发明属于小型航空活塞发动机领域，具体涉及一种小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构。

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，该点火系统将磁铁安装在飞轮上，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，飞轮带动磁铁旋转，与点火线圈产生电磁感应进行点火。

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，每个点火线圈包括初级线圈和次级线圈，两个点火线圈以曲轴的中心线为中心相隔180度安装在曲轴箱上，飞轮转动时其外圆周上镶嵌的N极、S极的永磁铁分别于两个点火线圈进行电磁感应。

上述中国专利公布的点火线圈存在以下缺陷：一、点火线圈仅依靠永磁铁分别与两个点火线圈进行电磁感应在线圈上产生电能，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，但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工作时的性能；三、该点火线圈缺少停车控制电路，无法使发动机熄火停车；四、该点火线圈可靠性较低，若发生故障，则发动机会无法工作，增大了飞行器坠毁的风险。

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二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构，其结构简单、可靠性高，能够保证小型航空活塞发动机磁电机点火系统能够正常且可靠地工作。

本发明的技术方案是：一种小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构，其特征在于：包括两个主点火控制器和两个副点火控制器，四个点火控制器沿周向均布于发动机曲轴箱的外周面上，并与发动机曲轴上的点火转子同轴；主、副点火控制器交替设置，一个主点火控制器和一个副点火控制器为一组点火控制器，每组对应控制发动机两个气缸的火花塞；

所述主点火控制器包括主壳体、主充电线圈L1、触发线圈L2、主充电铁芯、触发铁芯及主点火器控制电路；所述主充电线圈L1和触发线圈L2分别缠绕于主充电铁芯和触发铁芯上，并安装于所述主壳体内；所述主点火器控制电路分为充电回路、触发回路、放电回路、停车回路，充电回路和触发回路在可控硅BG2正极处相连，充电回路和放电回路在电容C1、C2处相连，停车回路和充电回路在主充电线圈L1一端相连；

所述副点火控制器包括副壳体、副充电线圈L3、副充电铁芯及副点火器控制电路；所述副充电线圈L3缠绕于副充电铁芯上，并安装于所述副壳体内；所述副点火器控制电路分为充电回路、触发回路、放电回路、停车回路，充电回路和触发回路在可控硅 BG4正极处相连，充电回路和放电回路在电容C3、C4处相连，停车回路和充电回路在副充电线圈L3一端相连；

主、副点火控制器的壳体上均设置有触发正极端口、触发负极端口、输出端口、直流电源正极接口和接地端口；所述主点火控制器的触发正、负极端口分别与同一组内的副点火控制器触发正、负极端口连接；四个点火控制器并联在同一个直流电源上，直流电源正极接口联接的直流电源正极，接地端口接直流电源负极。

本发明的进一步技术方案是：所述主点火器控制电路中的主充电线圈L1、整流二极管D1、D2和电容C1、C2依次相连构成充电回路，二极管D1、D2串联，主充电线圈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，主充电线圈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，整流二极管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、主充电线圈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的正极与主充电线圈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的负极与主充电线圈L1的另一端相连。

本发明的进一步技术方案是：所述副点火器控制电路中的副充电线圈L3、整流二极管D7、D8和电容C3、C4相连构成充电回路，二极管D7、D8串联，副充电线圈L3一端和二极管D7正极相连，二极管D8的负极与电容C3、C4的一端相连，副充电线圈L3另一端和电容C3、C4另一端相连，电容C3、C4并联；触发正极端口、电阻R4、可控硅BG4 的控制极、可控硅BG4的负极、触发负极端口依次相连构成触发回路，整流二极管D9、电阻R5并联在触发正、负极端口，BG4的负极和触发线圈L2相连，二极管D10与触发电路并联；电容C3、C4、可控硅BG4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D12、电阻R6、可控硅BG3、接地端口、二极管D11、副充电线圈L3相连相连构成停车回路，直流电源正极接口与二极管D12的正极相连，可控硅BG3的控制极与R6相连，可控硅BG3的正极与副充电线圈L3一端相连，负极与接地端口、二极管D11的正极相连，二极管D11的负极与副充电线圈L3的另一端相连。

本发明的进一步技术方案是：两个所述主点火控制器相隔180度竖直安装，两个所述副点火控制器相隔180度水平安装。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1、本发明的主点火控制器设计有充电铁芯和触发铁芯，副点火控制器设计有充电铁芯，当点火转子扫过充电线圈时，充电线圈中产生的感应电势可以增强50％左右，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％左右，能够更可靠的控制电容放电，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脉冲直流电，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发动机转速的变化而变化，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，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、本发明采用主、副点火控制器的布局结构，既能够保证同步点火，使得点火系统正常工作，又能够在相联接的一个点火控制器发生故障的情况下，另一个的点火控制器能够继续工作，提高了点火系统的可靠性，降低了发动机空中停车导致无人机坠毁的风险。

附图说明

图1是本发明的点火控制机构的结构示意图；

图2是本发明的主点火控制器的结构及接口示意图；

图3是本发明的副点火控制器的结构及接口示意图；

图4是本发明的点火控制机构的电路原理图。

附图标记说明：1和2—主点火控制器、3和4—副点火控制器、5—主壳体、6—主充电线圈L1、7—触发线圈L2、8—主充电铁芯、9—触发铁芯、10—触发正极端口、11 —触发负极端口、12—输出端口、13—直流电源正极接口、14—接地端口、15—点火转子、16—副壳体、17—副充电线圈L3、18—副充电铁芯。

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，提供一种用于小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构，包括主点火控制器1、主点火控制器2、副点火控制器3、副点火控制器4。

四个点火控制器沿周向均布于发动机曲轴箱的外周面上，并与发动机曲轴上的点火转子同轴，两个主点火控制器相隔180度竖直安装在曲轴箱上，主点火控制器1安装在曲轴箱的上端，主点火控制器2安装在下端，两个副点火控制器相隔180度水平安装在曲轴箱上，副点火控制器3安装在曲轴箱的左侧，副点火控制器4安装在曲轴箱的右侧，主、副点火控制器和点火转子15在旋转圆周的径向保留一定的间隙。

如图2所示，主点火控制器1和2均由主壳体5、主充电线圈6、触发线圈7、主充电铁芯8、触发铁芯9及主点火器控制电路组成；如图3，副点火控制器3和4的结构与主点火控制器不同，取消了触发线圈7和触发铁芯9，由副壳体16、副充电线圈 17、副充电铁芯18及副点火器控制电路组成。主、副点火控制器在主壳体5和副壳体 16上均设有触发正极端口10、触发负极端口11、输出端口12、直流电源正极接口13、接地端口14，主点火控制器1的触发正极端口与副点火控制器3的触发正极端口用导线联接，两者的触发负极端口相联接；主点火控制器2与副点火控制器4的触发正极端口相联接，两者的触发负极端口相联接；这样能够使得在点火时，主点火控制器发出触发信号，同时将触发信号通过并联电路发给与之相联接的副点火控制器，即可保证相联接的主、副点火控制器同步点火。直流电源正极接口13联接直流电源正极，接地端口14接电源负极，当发动机需要停车时，接通电源，由壳体5内部的电路控制发动机停车。

每个气缸上有两个火花塞，总共八个火花塞，主点火控制器1的输出端口通过两根高压点火线圈与前排水平对置两个气缸中的一个火花塞分别相联，主点火控制器2 的输出端口与后排两个气缸中的一个火花塞分别相联，副点火控制器3的输出端口与前排两个气缸中的一个火花塞分别相联，副点火控制器4的输出端口与后排两个气缸中的一个火花塞分别相联，即前排每个气缸的两个火花塞分别由主点火控制器1和副点火控制器3控制，后排每个气缸的两个火花塞分别由主点火控制器2和副点火控制器4控制，这样保证主点火控制器1和副点火控制器3控制前排气缸同步点火，主点火控制器2和副点火控制器4控制后排气缸同步点火，前排气缸与后排的点火时刻相差180度。

如图4所示，本发明的点火控制机构的电路分为主点火器控制电路和副点火器控制电路，所述主点火器控制电路中的主充电线圈L1、整流二极管D1、D2和电容C1、 C2依次相连构成充电回路，二极管D1、D2串联，主充电线圈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，主充电线圈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，整流二极管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、主充电线圈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的正极与主充电线圈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的负极与主充电线圈L1的另一端相连。

同理，所述副点火器控制电路中的副充电线圈L3、整流二极管D7、D8和电容C3、 C4相连构成充电回路，二极管D7、D8串联，副充电线圈L3一端和二极管D7正极相连，二极管D8的负极与电容C3、C4的一端相连，副充电线圈L3另一端和电容C3、 C4另一端相连，电容C3、C4并联；触发正极端口、电阻R4、可控硅BG4的控制极、可控硅BG4的负极、触发负极端口依次相连构成触发回路，整流二极管D9、电阻R5 并联在触发正、负极端口，BG4的负极和触发线圈L2相连，二极管D10与触发电路并联；电容C3、C4、可控硅BG4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D12、电阻R6、可控硅BG3、接地端口、二极管D11、副充电线圈L3相连相连构成停车回路，直流电源正极接口与二极管D12的正极相连，可控硅BG3的控制极与R6相连，可控硅BG3的正极与副充电线圈L3一端相连，负极与接地端口、二极管D11的正极相连，二极管D11的负极与副充电线圈L3 的另一端相连。

图4电路图中主点火控制器中的充电回路、触发回路、放电回路、停车回路均装配在主壳体5中，副点火控制器中的充电回路、触发回路、放电回路、停车回路均装配在副壳体16中，各输入、输出接口均用镶嵌螺母装配，为抵抗振动和防潮，主壳体 5、副壳体16在装配检验后用环氧树脂封灌。点火控制机构中点火线圈、火花塞属成件。

主点火控制器的触发正负级端口分别与副点火控制器的触发正负级端口相连，实现两者的触发回路同时导通。

本发明的点火控制机构的工作原理如下：

当与曲轴同步旋转的点火转子15的永磁铁扫过相联接的主、副点火控制器的充电线圈L1、L3时，由于充电铁芯对磁感应强度增强的作用，在充电线圈L1、L3内感应出幅值很高的交变电流，交变电流经整流二极管D1、D2、D7、D8整流后成为脉冲直流电流，将电荷储存在电容C1、C2、C3、C4里。

当点火转子15继续旋转，永磁铁扫过主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，同时交变电流通过与之相联接的副点火控制器，经过通过电阻R1和R4分压限流，产生的感应电压分别作用在可控硅BG2和BG4的控制极上，当电压达到预定值时，可控硅BG2和BG4导通。

可控硅BG2和BG4导通后，主点火控制器的电容C1、C2通过导通的可控硅BG2 在输出端口向高压点火线圈输出一个脉冲电压，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，同时副点火控制器的C3和C4也通过导通的可控硅BG4在输出端口向高压点火线圈输出一个脉冲电压，使火花塞的电极间中产生高能量电火花，这样主点火控制器和与之联接的副点火控制器的进行了同步点火。当作用在可控硅BG2和BG4控制极上的电压下降到小于预定值时，可控硅BG2和BG4关闭，电容C1、C2、C3、C4停止放电，火花塞也停止点火。当点火转子15旋转180度时，另外两个相联接的主、副点火控制器重复上述点火过程，这样就实现了点火系统的工作循环。

当发动机需要停车时，接通联接在主、副点火控制器上的直流电源，电压作用在可控硅BG1和BG3的控制极上，将BG1和BG3导通，这样充电线圈L1、L3短接，电容 C1、C2、C3、C4停止充、放电，火花塞停止点火。关闭直流电源后，可控硅BG1和BG3 断开。

并联电容C1、C2和C3、C4的作用除了充电、放电外还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，在高压点火线圈上产生的点火能量更为稳定和充足。二极管D3、D9的作用是整流产生导通可控硅BG2和BG4的电压，电阻R1、R2和R4、R5的作用是减少可控硅BG2和BG4承受的反向电压，保护可控硅元件。

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 (4)

1.一种小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构，其特征在于：包括两个主点火控制器和两个副点火控制器，四个点火控制器沿周向均布于发动机曲轴箱的外周面上，并与发动机曲轴上的点火转子同轴；主、副点火控制器交替设置，一个主点火控制器和一个副点火控制器为一组点火控制器，每组对应控制发动机两个气缸的火花塞；

所述主点火控制器包括主壳体、主充电线圈L1、触发线圈L2、主充电铁芯、触发铁芯及主点火器控制电路；所述主充电线圈L1和触发线圈L2分别缠绕于主充电铁芯和触发铁芯上，并安装于所述主壳体内；所述主点火器控制电路分为充电回路、触发回路、放电回路、停车回路，充电回路和触发回路在可控硅BG2正极处相连，充电回路和放电回路在电容C1、C2处相连，停车回路和充电回路在主充电线圈L1一端相连；

所述副点火控制器包括副壳体、副充电线圈L3、副充电铁芯及副点火器控制电路；所述副充电线圈L3缠绕于副充电铁芯上，并安装于所述副壳体内；所述副点火器控制电路分为充电回路、触发回路、放电回路、停车回路，充电回路和触发回路在可控硅BG4正极处相连，充电回路和放电回路在电容C3、C4处相连，停车回路和充电回路在副充电线圈L3一端相连；

主、副点火控制器的壳体上均设置有触发正极端口、触发负极端口、输出端口、直流电源正极接口和接地端口；所述主点火控制器的触发正、负极端口分别与同一组内的副点火控制器触发正、负极端口连接；四个点火控制器并联在同一个直流电源上，直流电源正极接口联接的直流电源正极，接地端口接直流电源负极。

2.根据权利要求1所述小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构，其特征在于：所述主点火器控制电路中的主充电线圈L1、整流二极管D1、D2和电容C1、C2依次相连构成充电回路，二极管D1、D2串联，主充电线圈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，主充电线圈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，整流二极管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、主充电线圈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的正极与主充电线圈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的负极与主充电线圈L1的另一端相连。

3.根据权利要求1所述小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构，其特征在于：所述副点火器控制电路中的副充电线圈L3、整流二极管D7、D8和电容C3、C4相连构成充电回路，二极管D7、D8串联，副充电线圈L3一端和二极管D7正极相连，二极管D8的负极与电容C3、C4的一端相连，副充电线圈L3另一端和电容C3、C4另一端相连，电容C3、C4并联；触发正极端口、电阻R4、可控硅BG4的控制极、可控硅BG4的负极、触发负极端口依次相连构成触发回路，整流二极管D9、电阻R5并联在触发正、负极端口，BG4的负极和触发线圈L2相连，二极管D10与触发电路并联；电容C3、C4、可控硅BG4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D12、电阻R6、可控硅BG3、接地端口、二极管D11、副充电线圈L3相连相连构成停车回路，直流电源正极接口与二极管D12的正极相连，可控硅BG3的控制极与R6相连，可控硅BG3的正极与副充电线圈L3一端相连，负极与接地端口、二极管D11的正极相连，二极管D11的负极与副充电线圈L3的另一端相连。

4.根据权利要求1所述小型二冲程四缸航空活塞发动机的点火控制机构，其特征在于：两个所述主点火控制器相隔180度竖直安装，两个所述副点火控制器相隔180度水平安装。

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