CN2760276Y - 汽油发动机高能直流点火装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的汽油发动机高能直流点火装置属于发动机点火技术领域，其解决了常规的电子点火装置用点火线圈作为能量储存及能量传递的唯一部件、从而使得能量传递效率非常低的问题。在本实用新型中，汽车电瓶的输出分别与逆变电源和点火线圈初级连接，逆变电源的输出通过电能存储器、高压隔离器和点火延时总电阻与火花塞中心极连接，点火线圈初级一端与汽车电瓶连接，初级另一端连接于点火专用模块，点火专用模块与触发讯号源相连，点火线圈的次级一端与浮地电路连接，另一端与火花塞中心极连接。该装置对燃油消耗、发动机动力性以及排放有明显改善。

Description

汽油发动机高能直流点火装置

所属技术领域

本实用新型涉及汽油发动机点火技术领域，尤其涉及汽油发动机的电子点火装置。

背景技术

高能电子点火装置被称为汽油发动机的心脏。在正时点火条件下火花能量大小直接影响发动机的动力性、经济性、污染物的排放性能。从二十世纪六十年代开始，由于电子工业的发展，各种高能电子点火装置相继产生，电子点火装置与传统“白金”断电式点火装置相比，具有启动快、节约燃料、着火率高、使用寿命长等优点。在图1显示了现有技术中的一种电子点火装置，该常规的电子点火装置包括汽车电瓶1、点火线圈2、点火专用模块3、触发讯号源4、火花塞7，其中，汽车电瓶1输出的12V电源与点火线圈2初级一端相连，点火线圈2初级另一端与点火专用模块3相应端子连接，点火专用模块3的通断受触发讯号源4发出的点火触发脉冲讯号控制。在触发脉冲讯号的控制下，当点火专用模块3中的功率管导通时，点火线圈初级开始储能。在触发脉冲讯号电平转换的瞬间，点火专用模块中的功率管截止，初级线圈产生十倍或十倍以上的反电势。根据脉冲变压工作原理，点火线圈次级产生感应电势，击穿缸内混合气体完成一次点火循环。

然而，图1所示的常规电子点火装置在能量转换、能量传递上仍沿用着一个古老的原理，即点火线圈作为能量储存及能量传递的唯一部件。这种能量传递的效率非常低，一般来讲，火花塞所得能量仅为电瓶赋予点火线圈初级的能量的4％～8％。随着发动机技术朝向高转速、高压缩比方向的发展，特别是稀薄燃烧发动机，更需要大能量的点火装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能量转换效率高、不以牺牲电瓶能量为代价而获得很大的火花能量的汽油发动机高能直流点火装置。

根据本实用新型的第一个实施例，一种汽油发动机高能直流点火装置包括：汽车电瓶、点火线圈、点火专用模块、触发讯号源、火花塞，其特征在于：所述点火装置还包括逆变电源、电能存储器、高压隔离器、点火延时总电阻和浮地电路，其中，汽车电瓶的输出分别与逆变电源和点火线圈初级连接，逆变电源的输出连接电能存储器，电能存储器与高压隔离器连接，高压隔离器通过点火延时总电阻与火花塞中心极连接，点火线圈初级一端与汽车电瓶连接，初级另一端连接于点火专用模块，点火专用模块与触发讯号源相连，接受触发讯号源的触发，点火线圈的次级一端与浮地电路连接，另一端与火花塞中心极连接。

根据本实用新型的第二个实施例，一种汽油发动机高能直流点火装置包括：汽车电瓶、点火线圈、点火专用模块、触发讯号源、火花塞，其特征在于：所述点火装置还包括逆变电源、电能存储器、高压隔离器、点火延时总电阻和浮地电路，其中，汽车电瓶与逆变电源连接，逆变电源分两路输出，一路输出连接电能存储器，电能存储器与高压隔离器连接，高压隔离器通过点火延时总电阻与火花塞中心极连接，逆变电源另一路输出与点火线圈初级一端连接，点火线圈初级另一端连接于点火专用模块，点火专用模块与触发讯号源相连，接受触发讯号源的触发，点火线圈的次级一端与浮地电路连接，另一端与火花塞中心极连接。

依据本实用新型的第三个实施例，一种汽油发动机高能电子点火装置包括：汽车电瓶、点火线圈、点火专用模块、触发讯号源、火花塞，其特征在于：所述点火装置还包括逆变电源，其中，汽车电瓶与逆变电源连接，逆变电源的输出连接点火线圈初级一端，点火线圈初级另一端连接于点火专用模块，点火专用模块与触发讯号源相连，接受触发讯号源的触发，点火线圈的次级一端与地连接，另一端与火花塞中心极连接。

通过采用本实用新型的上述点火装置，解决了传统点火装置的能量转换效率不高、火花塞能量不大、点火时间不可调整等诸多缺陷，为高转速、高压缩比和稀薄燃烧发动机提供了发展前景，对燃油消耗、发动机动力性以及排放有明显改善。

附图说明

图1是显示现有技术中的一种电子点火装置的结构的方框图；

图2是显示本实用新型的第一个实施例中的高能直流点火装置的结构的方框图；

图3是显示图2的高能直流点火装置的电气原理图；

图4是显示本实用新型的第二个实施例中的高能直流点火装置的结构的方框图；

图5是显示图4的高能直流点火装置的电气原理图；

图6是显示本实用新型的第三个实施例中的电子点火装置的结构的方框图。

具体实施方式

第一实施例

图2是显示本实用新型的第一个实施例中的高能直流点火装置的结构的方框图。在图2中，汽车电瓶1的输出一路与逆变电源2连接，逆变电源2的输出连接电能存储器8，电能存储器8与高压隔离器9连接，高压隔离器9通过点火延时总电阻10与火花塞7中心极连接，汽车电瓶1另一路输出与点火线圈3初级正极连接，点火线圈3初级负极连接于点火专用模块4，点火专用模块4接受触发讯号源5的触发，点火线圈3的次级一端与浮地电路6连接，另一端与火花塞7中心极连接。

下面结合图3的电气原理图详细说明本实用新型的工作过程。

汽车电瓶输出的12V电源经逆变电源升压后与电能存储器8连接，在本实施例中电能存储器8是一个电容C_o，电能存储器8与高压隔离器9连接，高压隔离器9通过点火延时总电阻10与火花塞7中心极以及点火线圈3的次级一端相连，点火线圈3的次级另一端与浮地电路6相连，在本实施例中，浮地电路6是一个C，其两端并联有泄放电阻R，浮地电路的作用是通交流，隔直流，因此，在火花塞中的混合气体未被击穿的情况下，该路输出为断路。另一方面，汽车电瓶1与点火线圈初级一端连接，点火线圈初级另一端与点火专用模块4的相应端子连接，点火专用模块4的通断受触发讯号源5的点火触发脉冲讯号的控制，在点火触发脉冲讯号的控制下，当点火专用模块4中的功率管导通时，点火线圈初级与地成一通路，此时，点火线圈初级储能，其能量可用下面的式(1)表示：

W₁＝1/2LI²，                            (1)

其中，W₁为点火线圈初级所储能量，L为点火线圈初级电感量，I为通过初级线圈的电流。

在触发讯号脉冲电平转换的瞬间，点火专用模块4截止，初级线圈产生十倍或十倍以上的反电势，根据脉冲变压工作原理，点火线圈次级产生感应电势，击穿缸内混合气体，完成一次点火循环。当火花塞两极间的混合气体被击穿时，火花塞两极间的混合气体成一低电阻通路，此时，在B路输出中的原存储于作为电能存储器的C₀中的电能经二极管DN和点火延时总电阻R₀释放于火花塞，低电阻两极间成直流点火状态，电容存储的能量可用下面的式(2)表示：

W₂＝1/2C₀V₃ ²，                (2)

其中，W₂为电容存储的能量，C₀为电容容量，V₃为经D₁整流后的电压，当V₃与C₀的数值确定时，火花塞通过B路所得的能量便可得到量化。

举例说明，设C₀＝1μ，V₃＝1000V，则B路输出给火花塞提供的能量为：

W₂η_B＝(1/2C₀V₃ ²)η_B＝0.5×1μ×10^-6×(10³)²η_B＝0.5J＝500mJ×η_B

其中η_B为B路传输效率系数，在本电路中，η_B≥60％～90％。

由此可见，在本实用新型的直流点火装置中，火花塞所得能量为：

W总＝W₁η_A+W₂η_B＝(1/2LI²)×η_A+(1/2C₀V₃ ²)×η_B

η_A仅为百分之几，而η_B≥60％～90％，可见火花塞的能量主要靠C_o赋予。

C₀在实际装置中可以由数只不同数值的电容并联组成，不同的电容量组成不同的电能存储，由此火花能量可做到阶梯形释放，以适配不同燃油的发动机的需要。

另外，在V3输出与IC1之间接有反馈电路，通过PAM脉宽调制使输出电压稳定，提高了发动机的工作稳定性和可靠性。

第二实施例

图4是显示本实用新型的第二个实施例中的高能直流点火装置的结构的方框图。图4中的高能直流点火装置的结构与图2基本相同，唯一不同的是，点火线圈3的初级一端不是与汽车电瓶1的输出相连，而是与逆变电源的一路输出相连。从图5的电气原理图中可以看出，逆变电源的输出经二极管D2(或D3)半波整流后通过热敏电阻Rt与点火线圈初级一端连接，在触发讯号源5的点火触发脉冲讯号的控制下，当点火专用模块4中的功率管导通时，电流经二极管D2(或D3)流过Rt，点火线圈初级与地成一通路，此时，点火线圈初级储能。

在第二个实施例中，通过将逆变电源的一路输出与点火线圈初级相连，将电压升高至20V～42V，从而缩短了点火线圈的储能时间，相对提高了二次电压。因此，本实施例中的点火装置不但具有第一个实施例的点火装置所具有的能量转换效率高的优点，还具有储能快的优点。另外，通过在电源与点火线圈初级之间接有PTC热敏元件Rt，并将PTC热敏元件使用在电阻特性拐点处，对冷启动也具有一定效果。

第三个实施例

图6是显示本实用新型的第三个实施例中的电子点火装置的结构的方框图。在图6中，汽车电瓶1与逆变电源2连接，逆变电源2的输出与点火线圈3初级正极连接，点火线圈3初级负极连接于点火专用模块4，点火专用模块4接受触发讯号源5的触发，点火线圈3的次级一端与地连接，另一端与火花塞7中心极连接。通过逆变电源将电瓶电压升高至20V～42V，从而缩短了点火线圈的储能时间，相对提高了二次电压，使本实用新型的点火装置相对于现有技术中的点火装置具有储能快的优点。另外，通过在电源与点火线圈初级之间接有PTC热敏元件Rt，并将PTC热敏元件使用在电阻特性拐点处，对冷启动也具有一定效果。

上面已经结合实施例描述了本实用新型的技术方案，从上面的描述可以看出，本实用新型的电子点火装置与常规点火系统相比具有以下优点：

1.火花塞获取能量不再唯一地依赖于点火线圈，点火线圈仅起击穿混合气体的作用(当然，也有部分能量赋予火花塞)。

2.由当今的交流点火变为直流点火，提高了火花热质，缩短了混合气体的点火预热期，可改变点火提前角，这为提高发动机压缩比创造了良好的条件。

3.点火线圈次级一端采用浮地接法，仅使次级的交变电压对地成通路。

4.点火线圈正极不同于常规电感式点火线圈接在12V正极上，而通过逆变将电压升高至20V～42V，加快了点火线圈的储能时间，相对提高了二次电压。

5.在电源与点火线圈初级之间接有PTC热敏元件，并将PTC使用在电阻特性拐点处，对冷启动有一定效果。

6.由C₀和R₀组成一个放电时间常数，改变C₀和R₀的值均可以改变点火延长时间。

7.在V3输出与IC1之间接有反馈电路，通过PAM脉宽调制使输出电压稳定，提高了发动机的工作稳定性和可靠性。

综上所述，本实用新型的电子点火装置突破了传统点火线圈的单一点火功能，由传统的交流点火变为直流点火，提高了火花热质，能量可调，点火时间在一定范围内可调，为提高发动机性能创造了条件。

Claims (8)

1.一种汽油发动机高能直流点火装置，包括：汽车电瓶(1)、点火线圈(3)、点火专用模块(4)、触发讯号源(5)、火花塞(7)，其特征在于：所述点火装置还包括逆变电源(2)、电能存储器(8)、高压隔离器(9)、点火延时总电阻(10)和浮地电路(6)，其中，汽车电瓶(1)的输出分别与逆变电源(2)和点火线圈(3)初级连接，逆变电源(2)的输出连接电能存储器(8)，电能存储器(8)与高压隔离器(9)连接，高压隔离器(9)通过点火延时总电阻(10)与火花塞(7)中心极连接，点火线圈(3)初级一端与汽车电瓶(1)连接，初级另一端连接于点火专用模块(4)，点火专用模块(4)与触发讯号源(5)相连，接受触发讯号源(5)的触发，点火线圈(3)的次级一端与浮地电路(6)连接，另一端与火花塞(7)中心极连接。

2.如权利要求1所述的汽油发动机高能直流点火装置，其特征在于，浮地电路是一个电容器。

3.如权利要求1或2所述的汽油发动机高能直流点火装置，其特征在于，电能存储器是一个电容器。

4.如权利要求1或2所述的汽油发动机高能直流点火装置，其特征在于，电能存储器由数只不同数值的电容并联组成。

5.一种汽油发动机高能直流点火装置，包括：汽车电瓶(1)、点火线圈(3)、点火专用模块(4)、触发讯号源(5)、火花塞(7)，其特征在于：所述点火装置还包括逆变电源(2)、电能存储器(8)、高压隔离器(9)、点火延时总电阻(10)和浮地电路(6)，其中，汽车电瓶(1)与逆变电源(2)连接，逆变电源(2)分两路输出，一路输出连接电能存储器(8)，电能存储器(8)与高压隔离器(9)连接，高压隔离器(9)通过点火延时总电阻(10)与火花塞(7)中心极连接，逆变电源(2)另一路输出与点火线圈(3)初级一端连接，点火线圈(3)初级另一端连接于点火专用模块(4)，点火专用模块(4)与触发讯号源(5)相连，接受触发讯号源(5)的触发，点火线圈(4)的次级一端与浮地电路(6)连接，另一端与火花塞(7)中心极连接。

6.如权利要求5所述的汽油发动机高能直流点火装置，其特征在于，浮地电路是一个电容器。

7.如权利要求5或6所述的汽油发动机高能直流点火装置，其特征在于，电能存储器是一个电容器。

8.如权利要求5或6所述的汽油发动机高能直流点火装置，其特征在于，电能存储器由数只不同数值的电容并联组成。

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