汽油發動機高能直流點火裝置的製作方法

2023-06-03 20:58:46 2

專利名稱：汽油發動機高能直流點火裝置的製作方法
所屬技術領域本申請涉及汽油發動機點火技術領域，尤其涉及汽油發動機的電子點火裝置。
背景技術：
高能電子點火裝置被稱為汽油發動機的心臟。在正時點火條件下火花能量大小直接影響發動機的動力性、經濟性、汙染物的排放性能。從二十世紀六十年代開始，由於電子工業的發展，各種高能電子點火裝置相繼產生，電子點火裝置與傳統「白金」斷電式點火裝置相比，具有啟動快、節約燃料、著火率高、使用壽命長等優點。在圖1顯示了現有技術中的一種電子點火裝置，該常規的電子點火裝置包括汽車電瓶1、點火線圈2、點火專用模塊3、觸發訊號源4、火花塞7，其中，汽車電瓶1輸出的12V電源與點火線圈2初級一端相連，點火線圈2初級另一端與點火專用模塊3相應端子連接，點火專用模塊3的通斷受觸發訊號源4發出的點火觸發脈衝訊號控制。在觸發脈衝訊號的控制下，當點火專用模塊3中的功率管導通時，點火線圈初級開始儲能。在觸發脈衝訊號電平轉換的瞬間，點火專用模塊中的功率管截止，初級線圈產生十倍或十倍以上的反電勢。根據脈衝變壓工作原理，點火線圈次級產生感應電勢，擊穿缸內混合氣體完成一次點火循環。
然而，圖1所示的常規電子點火裝置在能量轉換、能量傳遞上仍沿用著一個古老的原理，即點火線圈作為能量儲存及能量傳遞的唯一部件。這種能量傳遞的效率非常低，一般來講，火花塞所得能量僅為電瓶賦予點火線圈初級的能量的4％～8％。隨著發動機技術朝向高轉速、高壓縮比方向的發展，特別是稀薄燃燒發動機，更需要大能量的點火裝置。

發明內容
本發明的目的是提供一種能量轉換效率高、不以犧牲電瓶能量為代價而獲得很大的火花能量的汽油發動機高能直流點火裝置。
根據本發明的第一個實施例，一種汽油發動機高能直流點火裝置包括汽車電瓶、點火線圈、點火專用模塊、觸發訊號源、火花塞，其特徵在於所述點火裝置還包括逆變電源、電能存儲器、高壓隔離器、點火延時總電阻和浮地電路，其中，汽車電瓶的輸出分別與逆變電源和點火線圈初級連接，逆變電源的輸出連接電能存儲器，電能存儲器與高壓隔離器連接，高壓隔離器通過點火延時總電阻與火花塞中心極連接，點火線圈初級一端與汽車電瓶連接，初級另一端連接於點火專用模塊，點火專用模塊與觸發訊號源相連，接受觸發訊號源的觸發，點火線圈的次級一端與浮地電路連接，另一端與火花塞中心極連接。
根據本發明的第二個實施例，一種汽油發動機高能直流點火裝置包括汽車電瓶、點火線圈、點火專用模塊、觸發訊號源、火花塞，其特徵在於所述點火裝置還包括逆變電源、電能存儲器、高壓隔離器、點火延時總電阻和浮地電路，其中，汽車電瓶與逆變電源連接，逆變電源分兩路輸出，一路輸出連接電能存儲器，電能存儲器與高壓隔離器連接，高壓隔離器通過點火延時總電阻與火花塞中心極連接，逆變電源另一路輸出與點火線圈初級一端連接，點火線圈初級另一端連接於點火專用模塊，點火專用模塊與觸發訊號源相連，接受觸發訊號源的觸發，點火線圈的次級一端與浮地電路連接，另一端與火花塞中心極連接。
依據本發明的第三個實施例，一種汽油發動機高能電子點火裝置包括汽車電瓶、點火線圈、點火專用模塊、觸發訊號源、火花塞，其特徵在於所述點火裝置還包括逆變電源，其中，汽車電瓶與逆變電源連接，逆變電源的輸出連接點火線圈初級一端，點火線圈初級另一端連接於點火專用模塊，點火專用模塊與觸發訊號源相連，接受觸發訊號源的觸發，點火線圈的次級一端與地連接，另一端與火花塞中心極連接。
通過採用本發明的上述點火裝置，解決了傳統點火裝置的能量轉換效率不高、火花塞能量不大、點火時間不可調整等諸多缺陷，為高轉速、高壓縮比和稀薄燃燒發動機提供了發展前景，對燃油消耗、發動機動力性以及排放有明顯改善。


圖1是顯示現有技術中的一種電子點火裝置的結構的方框圖；圖2是顯示本發明的第一個實施例中的高能直流點火裝置的結構的方框圖；圖3是顯示圖2的高能直流點火裝置的電氣原理圖；圖4是顯示本發明的第二個實施例中的高能直流點火裝置的結構的方框圖；圖5是顯示圖4的高能直流點火裝置的電氣原理圖；圖6是顯示本發明的第三個實施例中的電子點火裝置的結構的方框圖。
具體實施例方式
第一實施例圖2是顯示本發明的第一個實施例中的高能直流點火裝置的結構的方框圖。在圖2中，汽車電瓶1的輸出一路與逆變電源2連接，逆變電源2的輸出連接電能存儲器8，電能存儲器8與高壓隔離器9連接，高壓隔離器9通過點火延時總電阻10與火花塞7中心極連接，汽車電瓶1另一路輸出與點火線圈3初級正極連接，點火線圈3初級負極連接於點火專用模塊4，點火專用模塊4接受觸發訊號源5的觸發，點火線圈3的次級一端與浮地電路6連接，另一端與火花塞7中心極連接。
下面結合圖3的電氣原理圖詳細說明本發明的工作過程。
汽車電瓶輸出的12V電源經逆變電源升壓後與電能存儲器8連接，在本實施例中電能存儲器8是一個電容C0，電能存儲器8與高壓隔離器9連接，高壓隔離器9通過點火延時總電阻10與火花塞7中心極以及點火線圈3的次級一端相連，點火線圈3的次級另一端與浮地電路6相連，在本實施例中，浮地電路6是一個C，其兩端並聯有洩放電阻R，浮地電路的作用是通交流，隔直流，因此，在火花塞中的混合氣體未被擊穿的情況下，該路輸出為斷路。另一方面，汽車電瓶1與點火線圈初級一端連接，點火線圈初級另一端與點火專用模塊的相應端子連接，點火專用模塊的通斷受點火觸發脈衝訊號的控制，在點火觸發脈衝訊號的控制下，當點火專用模塊中的功率管導通時，點火線圈初級與地成一通路，此時，點火線圈初級儲能，其能量可用下面的式(1)表示W1＝1/2LI2，(1)其中，W1為點火線圈初級所儲能量，L為點火線圈初級電感量，I為通過初級線圈的電流。
在觸發訊號脈衝電平轉換的瞬間，點火專用模塊截止，初級線圈產生十倍或十倍以上的反電勢，根據脈衝變壓工作原理，點火線圈次級產生感應電勢，擊穿缸內混合氣體，完成一次點火循環。當火花塞兩極間的混合氣體被擊穿時，火花塞兩極間的混合氣體成一低電阻通路，此時，在B路輸出中的原存儲於作為電能存儲器的C0中的電能經二極體DN和點火延時總電阻R0釋放於火花塞，低電阻兩極間成直流點火狀態，電容存儲的能量可用下面的式(2)表示W2＝1/2C0V32，(2)其中，W2為電容存儲的能量，C0為電容容量，V3為經D1整流後的電壓，當V3與C0的數值確定時，火花塞通過B路所得的能量便可得到量化。
舉例說明，設C0＝1μ，V3＝1000V，則B路輸出給火花塞提供的能量為W2ηB＝(1/2C0V32)ηB＝0.5×1μ×10-6×(103)2ηB＝0.5J＝500mJ×ηB其中ηB為B路傳輸效率係數，在本電路中，ηB≥60％～90％。
由此可見，在本發明的直流點火裝置中，火花塞所得能量為W總＝W1ηA+W2ηB＝(1/2LI2)×ηA+(1/2C0V32)×ηBηA僅為百分之幾，而ηB≥60％～90％，可見火花塞的能量主要靠C0賦予。
C0在實際裝置中可以由數隻不同數值的電容並聯組成，不同的電容量組成不同的電能存儲，由此火花能量可做到階梯形釋放，以適配不同燃油的發動機的需要。
另外，在V3輸出與IC1之間接有反饋電路，通過PAM脈寬調製使輸出電壓穩定，提高了發動機的工作穩定性和可靠性。
第二實施例圖4是顯示本發明的第二個實施例中的高能直流點火裝置的結構的方框圖。圖4中的高能直流點火裝置的結構與圖2基本相同，唯一不同的是，點火線圈3的初級一端不是與汽車電瓶1的輸出相連，而是與逆變電源的一路輸出相連。從圖5的電氣原理圖中可以看出，逆變電源的輸出經二極體D2(或D3)半波整流後通過熱敏電阻Rt與點火線圈初級一端連接，在點火觸發脈衝訊號的控制下，當點火專用模塊中的功率管導通時，電流經二極體D2(或D3)流過Rt，點火線圈初級與地成一通路，此時，點火線圈初級儲能。
在第二個實施例中，通過將逆變電源的一路輸出與點火線圈初級相連，將電壓升高至20V～42V，從而縮短了點火線圈的儲能時間，相對提高了二次電壓。因此，本實施例中的點火裝置不但具有第一個實施例的點火裝置所具有的能量轉換效率高的優點，還具有儲能快的優點。另外，通過在電源與點火線圈初級之間接有PTC熱敏元件Rt，並將PTC熱敏元件使用在電阻特性拐點處，對冷啟動也具有一定效果。
第三個實施例圖6是顯示本發明的第三個實施例中的電子點火裝置的結構的方框圖。在圖6中，汽車電瓶1與逆變電源2連接，逆變電源2的輸出與點火線圈3初級正極連接，點火線圈3初級負極連接於點火專用模塊4，點火專用模塊4接受觸發訊號源5的觸發，點火線圈3的次級一端與地連接，另一端與火花塞7中心極連接。通過逆變電源將電瓶電壓升高至20V～42V，從而縮短了點火線圈的儲能時間，相對提高了二次電壓，使本發明的點火裝置相對於現有技術中的點火裝置具有儲能快的優點。另外，通過在電源與點火線圈初級之間接有PTC熱敏元件Rt，並將PTC熱敏元件使用在電阻特性拐點處，對冷啟動也具有一定效果。
上面已經結合實施例描述了本發明的技術方案，從上面的描述可以看出，本發明的電子點火裝置與常規點火系統相比具有以下優點1.火花塞獲取能量不再唯一地依賴於點火線圈，點火線圈僅起擊穿混合氣體的作用(當然，也有部分能量賦予火花塞)。
2.由當今的交流點火變為直流點火，提高了火花熱質，縮短了混合氣體的點火預熱期，可改變點火提前角，這為提高發動機壓縮比創造了良好的條件。
3.點火線圈次級一端採用浮地接法，僅使次級的交變電壓對地成通路。
4.點火線圈正極不同於常規電感式點火線圈接在12V正極上，而通過逆變將電壓升高至20V～42V，加快了點火線圈的儲能時間，相對提高了二次電壓。
5.在電源與點火線圈初級之間接有PTC熱敏元件，並將PTC使用在電阻特性拐點處，對冷啟動有一定效果。
6.由C0和R0組成一個放電時間常數，改變C0和R0的值均可以改變點火延長時間。
7.在V3輸出與IC1之間接有反饋電路，通過PAM脈寬調製使輸出電壓穩定，提高了發動機的工作穩定性和可靠性。
綜上所述，本發明的電子點火裝置突破了傳統點火線圈的單一點火功能，由傳統的交流點火變為直流點火，提高了火花熱質，能量可調，點火時間在一定範圍內可調，為提高發動機性能創造了條件。
權利要求
1.一種汽油發動機高能直流點火裝置，包括汽車電瓶(1)、點火線圈(3)、點火專用模塊(4)、觸發訊號源(5)、火花塞(7)，其特徵在於所述點火裝置還包括逆變電源(2)、電能存儲器(8)、高壓隔離器(9)、點火延時總電阻(10)和浮地電路(6)，其中，汽車電瓶(1)的輸出分別與逆變電源(2)和點火線圈(3)初級連接，逆變電源(2)的輸出連接電能存儲器(8)，電能存儲器(8)與高壓隔離器(9)連接，高壓隔離器(9)通過點火延時總電阻(10)與火花塞(7)中心極連接，點火線圈(3)初級一端與汽車電瓶(1)連接，初級另一端連接於點火專用模塊(4)，點火專用模塊(4)與觸發訊號源(5)相連，接受觸發訊號源(5)的觸發，點火線圈(3)的次級一端與浮地電路(6)連接，另一端與火花塞(7)中心極連接。
2.如權利要求1所述的汽油發動機高能直流點火裝置，其特徵在於，浮地電路是一個電容器。
3.如權利要求1或2所述的汽油發動機高能直流點火裝置，其特徵在於，電能存儲器是一個電容器。
4.如權利要求1或2所述的汽油發動機高能直流點火裝置，其特徵在於，電能存儲器由數隻不同數值的電容並聯組成。
5.一種汽油發動機高能直流點火裝置，包括汽車電瓶(1)、點火線圈(3)、點火專用模塊(4)、觸發訊號源(5)、火花塞(7)，其特徵在於所述點火裝置還包括逆變電源(2)、電能存儲器(8)、高壓隔離器(9)、點火延時總電阻(10)和浮地電路(6)，其中，汽車電瓶(1)與逆變電源(2)連接，逆變電源(2)分兩路輸出，一路輸出連接電能存儲器(8)，電能存儲器(8)與高壓隔離器(9)連接，高壓隔離器(9)通過點火延時總電阻(10)與火花塞(7)中心極連接，逆變電源(2)另一路輸出與點火線圈(3)初級一端連接，點火線圈(3)初級另一端連接於點火專用模塊(4)，點火專用模塊(4)與觸發訊號源(5)相連，接受觸發訊號源(5)的觸發，點火線圈(4)的次級一端與浮地電路(6)連接，另一端與火花塞(7)中心極連接。
6.如權利要求5所述的發動機電子點火裝置，其特徵在於，浮地電路是一個電容器。
7.如權利要求5或6所述的發動機電子點火裝置，其特徵在於，電能存儲器是一個電容器。
8.如權利要求5或6所述的發動機電子點火裝置，其特徵在於，電能存儲器由數隻不同數值的電容並聯組成。
9.一種汽油發動機高能電子點火裝置，包括汽車電瓶(1)、點火線圈(3)、點火專用模塊(4)、觸發訊號源(5)、火花塞(7)，其特徵在於所述點火裝置還包括逆變電源(2)，其中，汽車電瓶(1)與逆變電源(2)連接，逆變電源(2)的輸出連接點火線圈(3)初級一端，點火線圈(3)初級另一端連接於點火專用模塊(4)，點火專用模塊(4)與觸發訊號源(5)相連，接受觸發訊號源(5)的觸發，點火線圈(4)的次級一端與地連接，另一端與火花塞(7)中心極連接。
全文摘要
本申請的汽油發動機高能直流點火裝置屬於發動機點火技術領域，該裝置預先將電能儲存在火花塞中心極上，當點火高壓擊穿火花塞間的混合氣體時，將預先存儲的電能通過火花塞間隙全部釋放出來，解決了傳統點火裝置的能量轉換效率不高、火花塞能量不大、點火時間不可調整等諸多缺陷，為高轉速、高壓縮比和稀薄燃燒發動機提供了發展前景，對燃油消耗、發動機動力性以及排放有明顯改善。
文檔編號F02P3/02GK1654814SQ200410039270
公開日2005年8月17日 申請日期2004年2月11日 優先權日2004年2月11日
發明者白承基, 程鳳岐 申請人:白承基, 程鳳岐