內燃機的點火系統的製作方法

2023-06-18 18:27:36

專利名稱：：內燃機的點火系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及內燃機的點火系統，特別適於在小型車輛，例如摩託車上使用。以前，在摩託車的內燃發動機(以下簡稱為發動機)的點火控制裝置中，廣泛使用交流電容放電點火(以下簡稱AC-CDI)，用電容放電點火，電容的電荷被迅速放掉，充入點火線圈初級繞組的電流在次級繞組中產生高電壓，從而在火花塞上形成火花。利用AC-CDI，為電容充電的高電壓是從位於交流發電機的勵磁機線圈產生的交流電壓獲得的。這裡提供的交流發電機為電池和其它電負載供給能量，且由發動機曲軸驅動。然而隨著近期半導體技術的進步，DC-CDI(直流電容放電點火)能夠取代AC-CDI，該DC-CDI提高了電池能量源的電壓，例如一個12V的直流能量源，使用DC-DC換流器可產生高壓為電容器充電。如果使用DC-CDI，勵磁機線圈變得多餘，提取勵磁機線圈的輸出的方式也變得多餘，於是提高了可靠性，並比在使用AC-CDI條件下，使系統小型化。圖4的電路圖顯示了傳統DC-CDI及其相關部分的裝置，可使用在小型摩託車上，如助力自行車。該電路由本申請人設計來幫助解釋本發明解決的問題。圖4所示的裝置，包括一個DC-CDI1，一個與發動機(圖4未示出)相連的交流發電機2(圖4隻顯示繞組)，一個穩壓器3(REG-REC)，可對交流發電機2的輸出進行整流和調壓，一個與穩壓器3的輸出相連的電池4(BAT)，一個ON-OFF開關5，其一端與穩壓器3的輸出端相連，且根據剎車腳踏板或剎車杆的動作在開和關之間轉換，一個剎車燈6(S/L)，一個點火線圈7，其初級繞組7a與DC-CDI1的輸出端I相連，一個與點火線圈7的次級繞組7b相連的火花塞8。穩壓器3的輸出端，電池4的正極，開關5的一端均與DC-CDI1的輸入端B相連。而且，交流發電機2，電池4，剎車燈6，點火線圈7和火花塞8各自另一端接地。DC-CDI1包括一個過載保護電路10，一個DC-DC換流器，一個可控矽整流器40，一個電容器30。工作時，輸入端B的直流電壓輸入升高並對電容器30充電。依據向外部分(未示於圖4)的控制極40a給出的觸發脈衝信號，可控矽整流器40接通，從而使與輸出端I相連的點火線圈7的初級繞組7a中有放電電流流動。如圖4所示，過載保護電路10包括示例一個可控矽整流器11，其陽極接B端；一個電阻12，其一端接B端；一個穩壓管13，其陰極接電阻12的另一端，陽極接地；一個二極體14，其陽極接穩壓管13的陰極，其陰極接可控矽整流器11的控制極；一個電阻15連接於可控矽整流器11的控制極和陰極之間；一個電解電容16，其正極接可控矽整流器11的陰極，負極接地。過載保護電路10用來保護過載電路的後續級，通常在80-100V之間，如當電池4的正極未連接，而加載的斷電峰值和其它由交流發電機產生的尖峰電壓值。工作時，電解電容16的末端電壓大於穩壓管13的穩壓電壓，二極體14的正向電壓以及可控矽11的陰極與控制極之間的正向電壓之和，可控矽整流器11斷開。通常，在有過載保護電路10的情況下，各種元件設置為定值，這樣可控矽整流器11在電壓輸入超過20V左右時斷開。DC-DC換流器20包括一個階進變壓器21，它包括一個初級繞組21a和一個次級繞組21b；一個FET(場效應管)22，其漏極接初級繞組21a的一端，源極接地；用來高頻激勵控制FET22的控制極的激發電路23；連接於FET22的控制極和初級繞組21a一端的電阻24，該初級繞組端不與FET22和過載保護電路10的可控矽整流器11的陰極相連；一個二極體25，其陽極與次級繞組21b的一端相連。次級繞組的另一端接地，二極體25的陰極與可控矽整流器40的陽極和電容30的一端相連。激發電路23包括一個振蕩器231和一個過載保護穩壓管232。振蕩器231產生一預定頻率的連續脈衝，施加其於FET22的控制極和源極之間，用來控制FET22的ON/OFF開關。在這種情況下，FET22的控制極總是被經過電阻24的過載保護電路10的直流電壓輸出關掉。所以，FET22在例如振蕩器處於高阻抗(關)條件下的輸出狀態時導通，在振蕩器231處於低阻抗(開)狀態時斷開。振蕩器231可被設計成利用階進變壓器21(未示於圖中)的複合繞組的自激型電路，或者是利用分立阻容(CR)振蕩器的分立激勵型電路。在可控矽整流器40觸發階段和可控矽整流器40全關階段(整流關閉時間)時的整流失效可通過暫停振蕩器231避免。具有如上所述設計的DC-DC換流器20的FET22被轉換地驅動，這樣電流以脈衝列的形式在階進變壓器21的初級繞組21a中流通，並在次級繞組21b的兩端間產生階進交流電壓。次級繞組21b的輸出被二極體25半波整流，且經半波整流的電流向電容30充電。現在將描述圖4所示上述DC-CDI的最小驅動電壓，也就是在火花塞上產生火花所需最小輸入電壓，下面的描述將圖4中可控矽整流器11的T1極作為陽極，T2極作為陰極。DC-DC換流器20的最小工作電壓由FET22的源極和控制極間的開電壓決定。在一般電路元件使用的情況下，包含電阻24的極T2與地間的電壓大致為1.5V。另一方面，過載保護電路的最小工作電壓使可控矽整流器11在觸發時從關到開，該電壓由二極體14的正向電壓，可控極電壓，電阻12和15的阻值決定，在T1極和T2極之間的電壓等於可控矽整流器11的開電壓，約為0.8V。結果是，在極T1和地之間的觸發電壓即為DC-CDI1的最小工作電壓，大小約為4.2V(1.5V+2.7V)，該電壓是輸入端B的端電壓。小型摩託車，通常提供腳踏板和自起動裝置作為起動發動機的方式。所以，如圖4所示電路，例如在某些情況下，電池4漏電，已損壞，或電池4的極未連接，則自起動發動機無法工作，因此騎手使用腳踏板起動發動機。這時，取代電池4的輸出，交流發電機的輸出提供給DC-CDI1作為DC輸入能量，發電機2由腳踏板上的下壓而旋轉。當發動機由腳踏板而開始工作，大多情況下騎手下蹬腳踏板，同時緊握剎車杆(開關5開)。接著，當交流發電機2被腳踏板的動作驅動並開始產生能量，剎車燈6變成一電負載與交流發電機2的輸出相連。在這種情況下，交流發電機2的輸出不能過分升高，因為DC-CDI1的輸入電壓獲得前述的最小工作電壓，這樣會產生發動機不能開始運轉的情況。下表1顯示了DC-CDI1的輸入電壓的實測值例子，附帶作用在腳踏板上的力和站檯燈的負載大小。表1的測量值為移去電池4後測量的。所示腳踏板上的向下的力，中等踏為女子平均值，強踏為男子的平均值。表1傳統DC-CDI如上所述，如果在下蹬腳踏板時的輸入電壓不夠，DC-CDI的各種內部電路不會起動。結果，火花塞上不能產生火花，因此，發動機不起動。基於上述背景，本發明的目的是提供一內燃機點火控制裝置，從而可以比以前傳統裝置低的輸入電壓條件下起動。根據本發明的第一方面，提供的一種內燃發動機點火控制裝置，它包括一過載保護電路，它有能量源輸入部分，能量從有第一半導體開關元件連接的外部分輸入，該輸入部分在輸入過載時斷開第一半導體開關元件。一個電壓階進電路，它有第二半導體開關元件及用於驅動第二半導體開關元件的驅動電路，用來升高過載保護電路的輸出電壓；一個連接部分，用來連接能量源輸入部分和第二半導體開關元件的驅動電路，但不通過第一半導體開關元件；一充電元件，它通過電壓階進電路的輸出充電；和一個放電電路，用來為充電元件中的電負載放電。根據本方面的第二部分，提供的一種內燃發動機點火控制裝置，它包括一過載保護電路，它有連接於能量源輸入部分的第一半導體開關元件，用來從外部分輸入能量，該輸入部分在輸入過載時斷開第一半導體開關元件，這樣過載不會通過；一電壓階進電路，它有第二半導體開關元件及用於驅動第二半導體開關元件的驅動電路，與過載保護電路串聯，用來升高和輸出過載保護電路的電壓；一個並聯部分，用來連接能量源輸入部分和第二半導體開關元件的驅動電路，但不通過第一半導體開關元件；一充電元件，它通過電壓階進電路的輸出充電；和一個放電電路，根據外部分結構，用來為充電元件中的電負載放電。根據本發明的第三方面，提供的一種內燃發動機點火控制裝置，它包括一過載保護電路，它有第一可控矽整流器連接於能量源輸入部分，用來從外部分輸入能量，通過過載輸入時斷開第一可控矽整流器來保護其後的電路避免過載；一個DC-DC換流器，它有與過載保護電路的輸出端串聯的電壓階進變壓器，一個場效應管和一個場效應管控制極驅動電路，用來升高過載保護電路的輸出電壓，並將其作為直流電壓輸出；一不含半導體開關元件的並聯部分，用來連接能量源部分和控制極驅動電路，但不通過第一可控矽整流器；一個由DC-DC換流器的輸出充電的電容；和一個第二可控矽整流器，它由外部分的控制信號激發，由此放出電容的電負載。以上結構，因為連接部分或並聯部分與能量源輸入部分和第二半導體開關元件的驅動電路相連接，但不通過第一半導體轉換元件，所以電壓階進電路可在傳統裝置低的電壓條件下起動。另外，從本發明的第三方面來說，因為一不含半導體轉換元件的並聯部分，用來連接能量源部分和控制極驅動電路，但不通過第一可控矽整流器，且DC-DC換流器使用場效應管，所以控制極驅動電路的驅動控制極的電流值可減小。結果是DC-DC換流器能在比傳統裝置低的電壓下起動，並聯部分的減小的結構可被簡化。圖1的電路圖顯示根據本發明第一實施例的DC-CDI及相關部分的結構；圖2的電路圖顯示根據本發明第二實施例的DC-CDI及相關部分的結構；圖3的電路圖顯示根據本發明第三實施例的DC-CDI及相關部分的結構；圖4的電路圖顯示本申請人考慮的傳統DC-CDI及相關部分的結構。參照圖1，將敘述本發明的第一實施例，圖1的電路圖顯示根據本發明第一實施例內燃機點火控制裝置DC-CDI及相關部分的結構。在圖1中，與圖4相關的部分用相同的標號表示，並省略對其的描述。圖1所示的DC-CDI1A，DC-DC換流器20A和控制極驅動電路23分別與圖4的DC-DCI1，DC-DC換流器和控制極驅動電路23有相同功能。如圖1所示，在DC-DC1A中設置了一個並聯部分50，在本發明，代替圖4的電阻24。並聯部分50包括串聯的一個二極體51和一個電阻52，且直接連輸入端B和FET22的控制極和控制極驅動電路23A，且不通過過載保護電路10。結果，在本實施例中，並聯部分50與過載保護電路10並聯，從而使電源電壓不經過可控矽整流器11，便直接由輸入端B施加到控制極電路23A上。這樣，當B輸入端電壓高於二極體51的電壓(即T1和T3之間的電壓，約為0.65V)和T3和地之間的電壓(與圖4中T2端和地之間的電壓相同，約為1.5V)之和時，也就是大約2.15V，則DC-DC換流器20A準備工作，即FET22能導通。輸入端B用來觸發DC-CDI1A所需最小能量源電壓，就這樣由過載保護電路10起動所需電壓決定，也就是說，在觸發時間，輸入端B所需最小能量源電壓為2.7V。上述電壓值是通常溫度下的典型值的範例。在這種情況下的並聯部分50，二極體51用來保護控制極電路23A和FET22的控制極不受負極外波形幹擾。電阻52與控制極驅動電路中的穩壓管232一起工作來保護振蕩器231和FET22不受正極過載電壓。因為前述約100V的過載值被穩壓管232吸收時，電阻52提供了阻值，所以傾向於有一較高阻值來降低穩壓管232的所需允許波形額定值。另一方面，因為驅動FET22的控制極的能量經過電阻52供給，所以如果阻值升高，將在FET22降低的換向速度上出問題。然而，因為FET22是電壓驅動型換向元件，所以即使阻值相對較高，開/關動作本身也沒有問題。在吸收一負極波形時，也可以使用穩壓管的正向特性。因為過載保護電路10給予的保護與傳統的設置作用相同，甚至可以根據FET22的漏極和源極間的過載電壓，在FET22上使用與傳統設置相同的標準元件。如上所述實施例，因為並聯部分50與過載保護電路10並聯，在起動DC-CDI1A時所需最小能量源電壓約為2.7V，且比圖4所述傳統範例的4.2V低。結果是，甚至如表1給出，相應於交流發電機2的電負載和腳踏板下壓為中等踏的條件下，DC-CDI1A也可起動，且從輸出端I有充電電流輸出。結果是，這種情況下，也能由火花塞產生火花，因此發動機起動。參照圖2，將敘述本發明的第二實施例，在圖2中，一個DC-DC換流器20B，一個控制驅動電路23B，和一個並聯部分50B分別與圖1所示DC-DC換流器，控制極驅動電路23A，和並聯部分50A相對應，它們構成本實施例的特徵。其它部分的設置與圖1中具有相同標號的部分設置相同。第二實施例不同於第一實施例之處在於並聯部分50B的輸入端連接點在過載保護電路10中，且在電阻12和穩壓管13之間；並聯部分50B僅由電阻52B構成；控制極驅動電路23B僅由振蕩器231構成。這就是說，與第一實施例相比，相應的波形吸收二極體從控制極電路23B和並聯部分50B被省略掉。電阻52B的阻值可與第一實施例的電阻52相同。因為穩壓管13通常有足夠的允許波形額定值來滿足過載保護電路10工作的需要，所以上述裝置，不論正還是負的極性波形都可以被穩壓管吸收，所以相應第一實施例中提供的波形吸收元件可被省略。本實施例與第一實施例相比，使控制極驅動電路起動的最小驅動電壓由於穿過電阻12的壓降而升高，該壓降是由於能量供給到控制極電路23B時經過電阻12造成。然而，由於省略了並聯部分50B的二極體，則在控制極驅動電路23B開始工作時的最小驅動電壓由於二極體壓降而減小。結果是，在輸入端B起動時的全部DC-CDI1B所需最小電壓仍約為2.7V。接下來是參照圖3，敘述本發明的第三實施例，圖3所示DC-CDI1C與圖2所示DC-CDI1B不同之處在於，並聯部分50B的輸入端與過載保護電路10中的二極體14的陰極相連。在本實施例中，與第二實施例相比，輸入端B到控制極電路23B的壓降由於二極體14的壓降而增加。因此全部DC-CDI1C在起動時所需電壓大於第一和第二實施例所需，值大約為3.5V。然而在這種情況下同樣，開始工作時所需的電壓低於參照圖4所述的傳統裝置所需的4.2V。參照圖1到圖3的從第一到第三實施例的相應的波形吸收元件的設置不必限於上述的設置，修改也是可能的。如在圖1中去掉二極體51，像圖1一樣，在圖2和圖3的電路中增加穩壓管232，在相應部分增加如電容等元件。權利要求1.一種內燃機點火控制裝置，包括過載保護裝置，它具有能量源輸入部分，用來從連有第一半導體開關裝置的外部分輸入能量，該輸入部分在輸入過載時，斷開所述第一半導體開關裝置；電壓階進裝置，它具有第二半導體開關裝置及用於驅動第二半導體開關裝置的驅動裝置，用來升高所述過載保護裝置的輸出電壓；連接裝置，該裝置用於連接所述能量源輸入部分和所述第二半導體開關裝置的驅動裝置，但不經過所述第一半導體開關裝置；充電裝置，它由所述電壓階進裝置的輸出充電；和放電裝置，用來將充入所述充電裝置的電負載放掉。2.一種內燃機點火控制裝置，包括過載保護裝置，它具有與能量源輸入部分連接的第一半導體開關裝置，該部分用來從外部分輸入能量，且在輸入過載時，斷開所述第一半導體開關裝置，從而使過載不能通過；電壓階進裝置，它具有第二半導體開關裝置及用於驅動第二半導體開關裝置的驅動裝置，與所述的過載保護裝置串聯，用來升高和輸入所述過載保護裝置的電壓；並聯裝置，它連接所述能量源輸入部分和所述階進電路的第二半導體開關裝置的驅動裝置，但不經過所述第一半導體開關裝置；充電裝置，它由所述電壓階進裝置的輸出充電；和放電裝置，以根據外部分的結構，用來將充入所述充電裝置的電負載放掉。3.根據權利要求2的一種內燃機點火控制裝置，其中所述並聯裝置包括至少一個電阻元件。4.根據權利要求2的一種內燃機點火控制裝置，其中所述並聯裝置包括至少一個電阻元件和防逆流裝置。5.根據權利要求2的一種內燃機點火控制裝置，其中所述過載保護裝置還包括一個電阻，它的一端連接所述的能量源輸入部分；和一過載吸收裝置，它與所述電阻元件的另一端相連，且所述並聯裝置通過所述電阻元件與所述能量源輸入部分相連，並與所述的第二半導體開關元件相連，但不通過所述第一開關裝置。6.一種內燃機點火控制裝置，包括一過載保護電路，它具有一個與能量源輸入部分連接的第一可控矽整流器，輸入部分用來從外部分輸入能量，在輸入過載時，斷開所述第一可控矽整流器，從而保護其後的電路不過載；DC-DC換流器，它具有一個與所述的過壓保護電路的一個輸出端相串聯的電壓階進變壓器，一個場效應管和一個場效應管控制極驅動電路，來升高所述過載保護電路的直流輸出電壓，並輸出將其作為一直流電壓輸出；一個不含半導體開關元件的並聯部分，用來連接所述的能量源輸入部分和所述的控制極驅動電路，但不通過所述的第一可控矽整流器；一個由所述DC-DC換流器的輸出來充電的電容；和一個第二可控矽整流器，它依照外部分的控制信號觸發，從而將所述電容的電負載放掉。全文摘要一個點火控制裝置，它包括一個過壓保護電路(10)，它由一個可控矽整流器(11)與輸入端(B)相連，當輸入過壓時，斷開可控矽整流器(11)，以保護其後的電路不過壓；一個DC-DC換流器(20A)，它具有一個場效應管(22)和控制極驅動電路(23A)，該換流器與保護電路(10)串聯；一個並聯部分(50)，包括一個二極體(51)和一個電阻(52)，用來連接輸入端(B)和控制極驅動電路(23A)，但不通過保護電路(10)；一個電容(30)；和一個可控矽整流器(40)，根據外部信號，使電容(30)放電。文檔編號F02B61/02GK1152671SQ9612248公開日1997年6月25日申請日期1996年9月27日優先權日1995年9月29日發明者佐佐木悟,梁瀨淳志申請人:株式會社美姿把