新型汽車點火系統的製作方法
2023-09-15 03:14:15
專利名稱：新型汽車點火系統的製作方法
新型汽車點火系統一、 技術領域-本發明涉及一種汽車點火系統，尤其是涉及一種主要是針對無化油器、無 分電器，由電腦控制燃料噴射及點火的電噴發動機汽車的新型汽車點火系統。二背景技術：
現有電噴車的點火能量(參見圖1，主要分析雙點式點火迴路的能量)從圖1中可以看出現有電噴車的點火系統由電晶體點火器、點火線圈、高 壓阻尼線、內置電阻火花塞組成。在這個點火系統中，電晶體點火器是一個能 夠受外部信號控制的電子開關，它根據外部信號決定電晶體T1的導通與截止; 點火線圈是儲能、高電壓產生部件，它儲能的多少，決定了火花塞點火火花能 量的大小，它輸出電壓的高低決定了火花塞間隙能否被擊穿而形成點火火花。它在T1導通，初級線圈通電時儲能，斷電時在C點產生幾百伏電壓，連同初 級儲能耦合到點火線圈次級，產生2.5萬伏以上高電壓，通過高壓阻尼線，火 花塞內置電阻將高電壓加在火花塞間隙處，並擊穿間隙，產生高壓電火花釋放 能量點燃氣缸內混合氣。在現有點火系統中V二12 (V) Rl: 0. 3 0. 7(Q) Ll: 0.003 — 0,006 (H)
R2^8.0KQ N^80 RH: 5 — 10 (KQ)
L2: 30 — 60 (H)
根據電工原理 1
E！ = —2— b i2 ...........................①
L ， i= & (l一e L')...................②
現有電噴車中，根據發動機缸數和額定轉數設定初級線圈通電時間t，
t二O, 0025 0. 0036 (S)。
從式①、②看出初級儲能與L1、 i有關，i與Rl、 Ll有較複雜的指數 關係。由於V不變， 一般點火線圈設計時，首先確定所需能量的大小，根據所 需能量，兼顧點火線圈其他性能要求給出RK Ll滿足i的合適值。 一般情況 下，較小的Rl、 Ll有較大的i值，較大的Rl、 Ll有較小的i值。根據以上的 討論及實際測量，i值一般在6.0 —8.5A範圍。
從上面的數據中估算點火線圈初級儲能在90 — 120mJ，初次級轉換效率 0.75，即次級能量在70--90mJ之間。由於次級點火迴路直流電阻較大， 一般 在20 — 30K^，能量在傳輸過程中的損耗，使得火花塞間隙處的點火火花能量 只佔到次級總能量的30%左右；另外，匝數比較大，不可能形成大的初始點火 火花能量。
經過估算，火花塞間隙處點火火花能量在30mJ左右。圖2為測量電路連接示意圖 點火線圈參數(富康988用點火線圈)Ll-:O. 005 (H) R1=0, 62 (Q) N=90L2二40.5 (H) R2 = 8. 3KQi二6. 8A El = 116mJ測量項目a、 詳細測量火花塞間隙被擊穿後，電壓從最大值下降到維持值的能量(即 初始點火火花能量)。b、 測量在維持時間裡點火火花能量。C、測量條件室溫、常壓狀態。被測點火迴路為雙點式a、 火花塞間隙為3mm，指這個火花塞對應的氣缸不在壓縮行程；火花塞 間隙為llmm，指這個火花塞對應的氣缸混合氣已被壓縮，即將點火作功。b、 雙火花塞間隙被擊穿時，測出在某一時段Ta電阻Ra的平均電壓，則IU平均電壓通過Ra的電流Ia二 ~~^，測出某一時段Ta電阻RB上的平均電壓，則Va二fo平均電壓xRs 二fo平均電壓xlOOO。c、 在某一時段Ta的點火火花能量二二VaTala。測量結果
初始點火火花能量3.0mJ 維持時間點火火花能量25. 6mJ 總點火能量28. 6mJ
提高現有點火系統點火火花能量的可行性
提高點火火花能量，首先要使點火線圈初級具有儲存大能量的能力，從 ①、②式可以看出，當V不變時，Rl、 Ll、 i的相互制約關係，只有減小R1 ， 適量減小Ll ，使i增大，才有可能增大點火線圈初級儲能，儘管如此，但 初級儲能不會有太大的提高。人為的使i增加，初級儲能加大後，耦合到次 級的能量增加，次級能量增加，主要是次級電流增加，在次級點火迴路中由 於直流電阻太大，次級電流增加，同樣使直流電阻的損耗增加，這個損耗的 增加與電流平方成正比，就是說增加能量的絕大部分被直流電阻消耗掉，火 花塞間隙處的火花能量增加很少，所以說，現有的點火系統在火花塞間隙處 的點火火花能量不會有大的提高。
發明內容
本發明為了解決上述背景技術中的不足之處，提供一種新型汽車點火系 統，其能增加火花塞間隙處的點火火花能量，特別是加大火花塞間隙處的初 始點火火花能量。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案為
一種新型汽車點火系統，包括電晶體點火器控制電路，其特徵在於在 電晶體點火器控制電路上連有自舉增能裝置，自舉增能裝置與低匝比、低損耗點火線圈連接，低匝比、低損耗點火線圈與微損耗高壓阻尼線連接，微損 耗高壓阻尼線與內置電感的火花塞連接。上述自舉增能裝置包括控制調整電路，控制調整電路通過晶體三極體T2和T3與初次級有中心抽頭變壓器的初級線圈連接，初次級有中心抽頭變壓器 的次級線圈與二極體Dl、 D2連接，二極體Dl、 D2並聯並與晶體三極體T連 接，初次級有中心抽頭變壓器的次級線圈並與低匝比、低損耗點火線圈的初 級連接，二極體D3、瞬間抑制二極體DN依次連在初次級有中心抽頭變壓器 的次級線圈與低匝比、低損耗點火線圈的初級之間，瞬間抑制二極體DN並與 控制調整電路連接。上述低匝比、低損耗點火線圈的初級電阻R1二0.4 0.7Q 、點火線圈的 初級電感Ll二O. 008 — 0. 015H、點火線圈的次級電阻R2二360Q—1300,Q、點 火線圈的次級電感L2二3 — 7.5H，點火線圈(5)的次初級匝數比為10_30。上述微損耗高壓阻尼線由兩個絕緣材料的電感元件構成，電感元件由高 壓線連接，直流電阻為2Q—5Q，電感量L為0. 005 — 0. 020H。與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下以富康988油、氣兩用轎車為例。車況新車出廠後運行2.6萬km1、 使用汽油或天然氣，起步，換檔加速性能明顯提高。使用天然氣時， 起步，換檔加速性能優於原有點火系統使用汽油時的效果。2、 80km/小時等速運行，比原點火系統節省天然氣5.6%，汽油因條件限 制，無法測量。3、技術效果
a、 使用汽油時，還會有明顯的節油效果。
b、 尾氣排放會大幅度下降。
c、 對於空燃比在40 : 1、 65 : 1採用渦輪增壓技術的稀薄燃燒發動機， 超稀薄燃燒發動機，在火花塞處採用12 : 1或13 : 1空燃比燃燒的現狀會
得到很大改善。
d、 不使用電極複雜或裝有稀有金屬放電片的火花塞，仍具有良好的點火
可靠性。
四
圖1為電噴車現有雙點式點火系統的連接示意圖2為測量電路連接示意圖3為本發明點火系統的電路原理圖4為自舉增能裝置的電路原理圖5為自舉增能裝置中控制調整電路n的電路原理圖
圖6為自舉增能裝置與原點火系統的連接示意圖7為火花塞內置電感形狀示意圖8為微損耗高壓阻尼線的剖面圖。
圖中，卜現有電晶體點火器控制電路，2-現有雙點式點火線圈，3-控制 調整電路，4-初次級有中心抽頭變壓器，5-低匝比、低損耗點火線圈，6-內 置電感的火花塞，7-高溫導線，8-金屬材料，9-鐵磁材料，10-絕緣材料，ll-電感元件，12-高壓導線，13-金屬導線，14-外包絕緣材料，15-軟磁材料， 16-微損耗高壓阻尼線。
五具體實施例方式
參見圖3、圖4，包括現有電晶體點火器控制電路1，在現有電晶體點火
器控制電路1上連有自舉增能裝置，自舉增能裝置與低匝比、低損耗點火線
圈5連接，低匝比、低損耗點火線圈5與內置電感的火花塞HL連接。自舉增 能裝置包括控制調整電路3，控制調整電路3通過晶體三極體T2和T3與初 次級有中心抽頭變壓器4的初級線圈連接，初次級有中心抽頭變壓器4的次 級線圈與二極體D1、 D2連接，二極體D1、 D2並聯並與晶體三極體T1連接， 初次級有中心抽頭變壓器4的次級線圈並與低匝比、低損耗點火線圈5的初 級連接，二極體D3、瞬間抑制二極體DN依次連在初次級有中心抽頭變壓器4 的次級線圈與低匝比、低損耗點火線圈的初級之間，瞬間抑制二極體DN並與 控制調整電路3連接。低匝比、低損耗點火線圈5與微損耗高壓阻尼線16連 接，微損耗高壓阻尼線16與內置電感的火花塞6連接。參見圖5，自舉增能 裝置控制調整電路3中，電阻R1和電阻R4—端並聯，與12V電源連接，電 阻Rl另一端與電阻R2 —端、二極體D6 —端並聯與電晶體T4的C極連接， 電阻R4另一端與電阻R3 —端、二極體D7 —端並聯並與電晶體T5的C極連 接，電晶體T2、電晶體T3分別與電晶體T4、電晶體T5的C極連接；電阻 R2另 一端與電容C2 —端連接，電容C2另一端與二極體D5 —端並聯並與晶 體管T5的b極連接，電阻R3另一端與電容C1一端連接，電容C1另一端與 二極體M —端並聯並與電晶體T4的b極連接，二極體D6、 二極體D7的另 一端並聯並與電晶體T6的C極連接；電阻R5 —端與二極體DZ —端並聯並與電晶體T6的b極連接，電阻R5的另一端與電晶體T1連接。其工作過程晶
體管Tl導通時，通過電阻R5將信號送入電晶體T6的b極，電晶體T6截止; 電晶體T4、電晶體T5的C極根據設定的頻率輪換變為高電位，輸出兩個方 波信號，使電晶體T2、電晶體T3輪流導通工作。電晶體T1截止時，通過電 阻R5將信號送入電晶體T6的b極，電晶體T6導通，電晶體T4、電晶體T5 的C極轉換成低電位，電晶體T2、電晶體T3截止，停止工作。
當外部控制信號讓點火線圈5初級通電時，晶體三極體T1導通，晶體三 極管Tl導通後,，給自舉增能裝置的控制調整電路一個信號，經該電路對信號 辨別確認後，自舉增能控制調整電路根據預先設定的在點火線圈初級儲能的 大小，在一定時間內輸出某一頻率且受控的兩個方波信號，控制電晶體T2、 T3輪流導通。這樣將蓄電池的直流電轉變成通過變壓器BN初級的交流電， 然後再耦合到變壓器BN的次級，經Dl、 D2整流後，在次級繞組的0端產生 了由變壓器BN初次級匝數決定的若干伏的直流負電壓U0。該電能流經Dl或 D2、 Tl、蓄電池、點火線圈初級而形成迴路。根據確定通電迴路中電壓關係 的基爾霍夫定律知，加在點火線圈初級的端電壓麗=蓄電池電壓+|1]。|;這
時點火線圈初級電流i二 & ((1- -e l'),由於電壓升高i增大，初級儲能
&=二 7 b i2增大，即初級儲能增加。
變壓器BN 0端產生的電壓U0可以根據不同的點火線圈初級參數，人們 要求點火線圈的初級儲能的大小，調整變壓器BN的初次級匝數，可以得到滿 足不同點火線圈初級參數，要求不同初級儲能所需的電壓UO 。
當外部給出點火控制信號時，電晶體T1截止，該信號輸入到自舉增能裝置的控制調整電路，經辯別確認後，輸出信號使電晶體T2、電晶體T3截止， 變壓器BN停止工作。電晶體T1截止後，點火線圈初級通電迴路被切斷，於 是在C點產生可調幅值的高電壓，連同初級儲能耦合到點火線圈次級，產生 2.5萬伏以上高電壓，通過微損耗高壓阻尼線、火花塞內置電感加到間隙處， 產生點火火花點燃氣缸混合氣。
當點火線圈5初級迴路接入自舉增能裝置後，點火線圈5初級電感大的情
況下，仍可獲得較大的峰值電流，根據V。二L^，所以當點火線圈初級斷電時， C點將產生1500V 3000V的高電壓，這就為採用新技術參數點火線圈提供了 可能。
由於C點電壓可以在1500V 3000V範圍調整，根據變壓器原理，點火線 圈次初級匝數比可以在10 30範圍調整。這樣點火線圈5次級仍可輸出大於 2.5萬伏以上的點火電壓。這個匝數比從考爾發明高壓點火線圈到現在從來 沒有使用過，就是說，現在點火系統使用這個匝比的點火線圈，次級電壓不 能擊穿火花塞間隙而點火。
低匝比時點火線圈的初次級參數
Rl二O. 4 0. Ll二O. 008—0.015 (H)
R2二360Q—1300Q L2 = 3 —7. 5 (H)
點火線圈的次初級匝數比為10-30
調整自舉增能裝置0端電壓U0，使i值在7.0--9.0A,點火線圈初級儲 能在300mJ—500mJ範圍。由於使用了自舉增能裝置，Ll增大後，初級i值在 有限時間內仍可達到要求。Ll增大後，在獲得所需能量時i值較小，熱損耗小，並可節約材料。R2明顯變小，降低點火迴路的能量損耗。L2明顯變小， 次級電流增大，便於大幅度增加初始點火火花能量。圖6所示為自舉增能裝置
與原點火系統的連接示意圖。
現在電噴車使用的高壓阻尼線，是把直徑為0.2mm左右具有較大電阻率 的金屬導線密集的、均勻的纏繞在一根直徑大約為lmm、有一定抗拉強度柔 軟的非金屬繩上，纏繞的各匝是非接觸的，然後在外層包上具有一定抗電強 度的滿足使用性能的絕緣材料，根據需要截成一定長度、即成為高壓阻尼線。 這樣的高壓阻尼線實際上是一個具有一定電感量和直流電阻的空心電感，它 的作用就是當火花塞間隙被擊穿時、防止點火迴路電流跳變而產生電磁輻射， 影響車用電腦或其他設備正常工作。這種高壓阻尼線直流電阻較大，在雙點 迴路裡阻值在4.5KQ以上，增加了次級點火迴路的點火能量損耗。因此有必 要對現在使用的高壓阻尼線進行改造。
根據物理學和電工原理，將兩個具有一定電感量、外層包上具有一定抗 電強度且滿足使用性能的外包絕緣材料14的電感元件11，用電阻很小(0.2 Q左右)且長度合適的高壓導線12連接起來，即組成新的高壓阻尼線，我們 稱這種高壓阻尼線為微損耗高壓阻尼線。剖面形狀如圖8:
電感元件參數
電感元件是在長約50mm、直徑為4一5mm的軟磁材料上，用低電阻率導線 繞上若干圈製作而成的。直流電阻2—5Q、電感量0. 005—0. 020 H。
微損耗高壓阻尼線直流電阻只有IOQ左右、在雙點迴路裡，大大降低了 對點火能量的損耗。由於電感元件的作用，微損耗高壓阻尼線仍具有優良的 抗電磁輻射能力。現在電噴車所使用的火花塞都有-的內置直流電阻，目的是防
止火花塞在有效間隙內被擊穿產生電火花時，產生較強電磁波輻射，而幹擾
電腦、車載通訊設備、GPS定位系統及其他電子設備，使其不能正常工作。 所以在電噴車原點火系統中，火花塞內置直流電阻是無法拿掉的。這裡順便 分析一下火花塞內置電阻的抗電磁輻射能力。火花塞內置直流電阻，在一定 程度減小了電磁波輻射幹擾。但火花塞內置電阻後，火花塞外部電磁輻射仍 是開放式的。車輛在不斷運行中，火花塞有效間隙不斷被電火花燒蝕而變大， 當火花塞間隙超過某-一值時，仍會有較強的電磁輻射而影響車輛正常運行， 出現這種情況，火花塞的損壞是可能的，但主要是由電磁輻射引起的幹擾造 成的。只要將原火花塞更換成間隙在有效範圍內的火花塞，症狀即刻消失。 就是說，內置直流電阻來減小電磁輻射幹擾是相對的，有條件的。由於火花 塞內置直流電阻的存在，點火系統次級給出的點火能量有40%以上損耗在內 置直流電阻上。隨著要求初始點火火花能量的增大，點火線圈次級電流增大， 而在火花塞內置直流電阻的損耗與電流平方成正比增大，這時，損耗遠大於 40%。所以，火花塞內置直流電阻的存在，使火花塞間隙處的火花能量增加相 當困難。
根據以上分析，拿掉火花塞內置直流電阻，尋找抗電磁輻射的新途徑，很 有必要。參見圖7，根據電磁原理，將火花塞內置直流電阻拿掉後，重新給火 花塞內置一個在鐵磁物質上繞若干圈高溫導線7的電感，可以最大限度的解決 火花塞電磁輻射問題，這樣較內置直流電阻的抗電磁輻射能力大幅增加，由於 內置電感的導線直流電阻只有幾歐，所以點火線圈5次級給出的點火能量在內 置電感的損耗幾乎為零，為增大火花塞間隙處點火火花能量，特別是初始點火火花能量提供了技術上的保證。這也就創造了無損耗、高抗電磁輻射火花塞。 前邊在討論低匝比、低損耗點火線圈5時，已確定點火線圈5初級儲能在
300 — 500mJ範圍，初次級轉換效率O. 75，次級輸出有效能量225 — 375mJ。由 於點火線圈次級直流電阻減小，又去掉了火花塞內置直流電阻，火花塞間隙處 點火火花能量有了很大提高。經過進行實際測量，測量方法與1.1.2相同。
觀(J量結果
初始點火火花能量25. 6mJ 維持時間點火火花能量116. 2mJ 總點火能量141. 8mJ
從測量結果可以看出，新型點火系統確實增加了火花塞間隙的初始點火火 花能量和維持時間點火火花能量。與現有點火系統相比，初始點火火花能量增 大8. 5倍，維持時間點火火花能量增大4. 53倍。
權利要求
1、一種新型汽車點火系統，包括電晶體點火器控制電路(1)，其特徵在於在電晶體點火器控制電路(1)上連有自舉增能裝置，自舉增能裝置與低匝比、低損耗點火線圈(5)連接，低匝比、低損耗點火線圈(5)與微損耗高壓阻尼線(16)連接，微損耗高壓阻尼線(16)與內置電感的火花塞(6)連接。
2、 根據權利要求1所述的新型汽車點火系統，其特徵在於自舉增能裝置包括控制調整電路(3)，控制調整電路(3)通過晶體三極體T2和T3與初 次級有中心抽頭變壓器(4)的初級線圈連接，初次級有中心抽頭變壓器(4) 的次級線圈與二極體D1、 D2連接，二極體D1、 D2並聯並與晶體三極體T連接，初次級有中心抽頭變壓器(4)的次級線圈並與低匝比、低損耗點火線圈 (5)的初級連接，二極體D3、瞬間抑制二極體DN依次連在初次級有中心抽頭變壓器(4)的次級線圈與低匝比、低損耗點火線圈(5)的初級之間，瞬間抑制二極體DN並與控制調整電路(3)連接。
3、根據權利要求2所述的新型汽車點火系統，其特徵在於低匝比、低損耗點火線圈(5)的初級電阻R二0.4 0.7Q 、點火線圈(5)的初級電感Lf0.008—0.015H、點火線圈(5)的次級電阻R2 = 360Q—1300Q、點火線圈 (5)的次級電感L2二3—7.5H，點火線圈(5)的次初級匝數比為10-30。
4、根據權利要求2所述的新型汽車點火系統，其特徵在於微損耗高壓阻尼線由兩個絕緣材料的電感元件構成，電感元件由高壓線連接，直流電阻為2Q—5Q，電感量L為0.005 —0.020H。
全文摘要
本發明涉及一種新型汽車點火系統，其能增加火花塞間隙處的點火火花能量，特別是加大火花連有自舉增能裝置，自舉增能裝置與低匝比、低損耗點火線圈連接，塞間隙處的初始點火火花能量。本發明包括電晶體點火器控制電路，在電晶體點火器控制電路上低匝比、低損耗點火線圈與微損耗高壓阻尼線連接，微損耗高壓阻尼線與內置電感的火花塞連接。
文檔編號F02P3/02GK101319645SQ20081015011
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月24日 優先權日2008年6月24日
發明者王和平 申請人:王和平