汽油機自激振蕩直流點火電源的製作方法
2023-10-05 08:37:09
專利名稱：汽油機自激振蕩直流點火電源的製作方法
技術領域：
本發明屬汽油機啟動與點火領域。
背景技術：
汽油機在汽車、摩託車等交通、動力機械設備中使用廣泛、用量龐大且基本每十年就將報廢並換新、尤其是在其市場容量與需求龐大、發展迅速的中國等許多發展中國家和地區普及汽車的現代社會，前景極其廣闊。
但汽油機的安全可靠啟動與點火一直是個難題。這主要是因為其帶動啟動機的蓄電池(俗稱電瓶)容量及壽命都極其有限，而啟動時因發動機處於完全靜止狀態沒有任何慣力，需啟動機、換句話說就是需蓄電池提供強大的動力才能克服靜態阻力進入運動狀態、並逐漸提高運動速度，而這過程中蓄電池基本處於滿負荷甚至超負荷工作狀態，特別是在冬天等寒冷環境點火困難及因寒冷機油的粘稠度大增而大幅增加運動阻力，這些因素都導致電阻較大的點火系統難以與電阻基本為零並幾乎消耗掉蓄電池全部輸出電能的啟動機競爭點火所需能源、特別是點火所需電壓，而當電壓降低到10伏左右或以下時火花很弱、甚至根本沒有火花而難成功點火以啟動發動機，這就需要繼續啟動發動機、亦即繼續使蓄電池超負荷放電工作而使蓄電池電壓進一步快速降低、就更難提供點火所需正常電壓而更難成功點火啟動，從而形成惡性循環、並使蓄電池迅速報廢而大幅增加環境汙染和換新使用成本；以天然氣及可再生能源如乙醇或乙醇汽油等為燃料時、因濃度等很難與汽油汽化汽相比，冬季成功啟動點火會倍覺困難，如果可再生能源含量較高、例如30％以上乙醇汽油點火就更加困難、甚至根本不能點火，這就是我國目前乙醇汽油中乙醇比例僅敢添加很低的10％且僅在很小的範圍如東三省部分地區內試點過程中的重要原因之一，即便是在發達國家和地區乙醇添加比例也不過20％、最高水平為30％左右，很難再提高。
蓄電池的設計工作電壓僅為12伏、全新電池的最高電壓也僅為12.5伏，前述點火電壓必須達到12伏、低於10伏則很難點火，亦即點火電壓允許變動區間很窄、僅為2伏左右，也就是說基本上只有新電池才能保障點火所需能量和電壓的要求，而新電池同樣會因上述寒冷、燃料等和下述系列導致點火困難的因素壽命極短。雖然汽車設計的發電機對蓄電池充電電壓為14伏，但在啟動時發電機的轉速極慢，根本不可能達到該設計電壓，而是恰恰相反發電機、風扇與啟動機等一樣要消耗掉大量本就不足以同步提供點火電能和電壓的蓄電池的電能，從而進一步降低點火電能尤其是電壓的供給而難以啟動，或因大幅、高頻率地延長啟動時間、使蓄電池大電流過放電並產生高熱使電極物質脫落變性甚至熔化變形短路等，使電池容量及出力大為減少而大幅縮減壽命、提前損壞或報廢，很多情況下甚至出現因一次點火困難反覆啟動而使本應還有相當正常壽命的蓄電池當即不可逆損壞(對於汽車等12伏電池的電壓降低到10伏以下即為不可逆損壞)，這樣的電池雖然還能帶動啟動機等轉動、但因啟動時無法再保障點火電壓，事實上只能提前報廢，甚至因無法點火而拋錨，影響出行、交通和安全，也影響國家汽車產業發展和新能源尤其是可再生能源的應用等系列重大重大國策的實施與進度。
顯而易見，如能保障點火電能特別是電壓，上述一切難題就都能迎刃而解。
ZL02133874.4汽車艦船機械汽油機用環保起動點火蓄電池授權發明專利，採取提供一個與主蓄電池電壓相同且價格不到主蓄電池1/10的小型蓄電池等，不僅解決了點火電壓與電能、從而克服蓄電池老化和啟動時點火電壓與電能不足而難以保障成功點火難題，還解決了點火高壓反饋入整車低壓電路與電器、尤其是隨車昂貴精密電器如衛星定位系統、電腦、電話及視聽系統等；利用發電機和主蓄電池即啟動蓄電池的電能自動向小蓄電池單向充電、而不會把小蓄電池的電能向點火系統以外的電路和電器放電，並利用二極體的內阻壓降、使小蓄電池的充電電壓始終會略低於發電機和主蓄電池的電壓而使小蓄電池免於因過充電損壞；二極體內阻和小蓄電池有限的電流強度均可限制點火電流過大而頻繁燒壞點火觸電如白金片及包括停車忘拔點火鑰匙即忘關點火開關在內的點火線圈過熱等系列難題，並經國家知識產權局專利局法定查新實審和收入世界權威期刊WPI-世界專利索引等而優於日本電池株式會社設計採用兩個大容量而價格高的蓄電池、損壞後環境汙染和使用成本均增加為兩倍而得不償失，且無抗高壓反饋危害功能等相關專利。但ZL02133874.4也有致命弱點即與主蓄電池一樣，也會不斷衰老、損壞而導致點火功能及工作狀態如火弱不穩導致發動機工況不穩、燃燒不全排氣中環汙成份及含量大幅增加、並大幅增加油耗和降低輸出功率，必需不斷更換，從而也會增加一定環境汙染和使用成本。雖然這對於微觀的單一車輛的與主蓄電池損壞而增加的環境汙染和使用成本來說不大、可其宏觀及累加後果同樣舉足輕重。
發明內容
本發明就是為解決上述問題、並出於一個總的發明構思，採用直流穩壓輸入、自激振蕩、直流輸出點火電源選擇與結合的技術方案設計製造汽油機自激振蕩直流點火電源。
本發明的有益效果即優勢是能將蓄電池尤其是衰老或報廢的難以保障成功點火的蓄電池的低壓電自動穩壓成自身所需的工作電壓並可調，再自動升壓到點火所需12-14伏最佳電壓區間，並且點火器高壓線圈通過鐵芯感應等產生的對車載低壓電器破壞性很大的正回饋高壓、因本發明使用的是高頻磁芯且與蓄電池相隔離的低壓振蕩獨立電源，且其磁芯、振蕩電晶體等對點火器回饋電壓都有多重的削弱、阻擋和隔離作用，故無需再象ZL02133874.4那樣使用抗過電壓電路和元器件，也不必象ZL02133874.4那樣再使用嵌位二極體限制點火電流、因其已有振蕩及穩壓三極體有限的輸入與輸出功率和振蕩變壓器磁芯扼流等的多重有效限制。
本發明不僅因電路及元器件簡單而工作安全、可靠，且無需增加任何電池，還可在蓄電池電壓降低到10伏以下甚至6伏都能十分順利地確保成功點火，並且自動調節控制點火在12-14伏允許且最佳電壓之間，而如前所述當蓄電池電壓降到10伏以下時因不能保障點火已屬報廢，降到8伏或更低時已屬徹底損壞即根本不能再轉動啟動機，可見本發明不僅能使蓄電池使用壽命達到極限，而且即使在這種情形下仍可通過使用手搖柄或推車方式順利啟動發動機以救急、並能在啟動後利用隨車發電機對非大電流過放電而損壞的蓄電池進行充電而使其基本恢復正常水平，這對於停車時忘關電門或長期(3-6個月左右、視停用時蓄電池狀況)停用又未能及時充電的大量私家車和環境保護來說無疑都是一個福音。
穩壓輸入方案對應於穩壓輸出方案、對汽油機點火電源而言優勢明顯穩壓輸入可單獨由電壓低落的蓄電池穩定地提供振蕩電能並滿足輸出點火電能尤其是電壓的需求、因電壓低落的蓄電池在提供數十甚至上百安培啟動電流時額外提供相對於點火所需的1-數安培電流並不困難、難的是推動點火電流的電壓低落而已，而穩壓輸出如振蕩穩定性太差或/和能量不足則很難單獨做到這一點，可這卻是點火成敗的關鍵所在。
顯而易見，以上所述的本發明設計採用的技術解決方案及有益效果即優點相對於ZL02133874.4來說是ZL02133874.4難以比擬、完全和完整的創新方案，其創新性和實用性也是ZL02133874.4難以相提並論的。
以下附圖以汽車等的電路最常用的負極接地(搭鐵)為例進行說明。
附圖是直流穩壓輸入、自激振蕩、直流輸出點火電源電原理圖。蓄電池B負極搭鐵E，點火迴路開關K2一端與E電連接、另一端接地線D，B的正極與點火輸入開關K1的一端電連接，K1的另一端與晶體三極體J1集電極c1和可調電阻R1一端電連接，R1另一端與J1的基極b1和穩壓管T的正極電連接、並作為b1和T的降壓及負載電阻，T的負極接地，J1的發射極e1與可調電阻R2和晶體三極體J2的集電極c2電能輸入及初級振蕩線圈L1的一端電連接，R2的另一端與J2的基極b2的振蕩反饋線圈L2的一端電連接、並作為b2的負載電阻，L1的另一端與c2電連接，L2的另一端與b2電連接，J2的發射極e2接地，次級振蕩輸出線圈L3的兩端與橋式整流電路Q的交流端電連接，Q的正極端與點火初級低壓線圈L4的正極輸入端電連接，Q的負極端接地，L4的另一端即負極迴路端接地，點火次級高壓線圈L5的一端為點火高壓輸出端、另一端接地。
具體實施例方式對照附圖，蓄電池B標稱電壓12伏、根據啟動機標稱功率選用任何類型功率適合的大功率蓄電池、負極搭鐵即接地E，汽油機自有的點火迴路開關K2一端與E電連接、另一端接地線D，B的正極與汽油機自有的點火輸入開關K1的一端電連接，K1的另一端與功率30-100瓦以上、集電極(NPN)電流2-10安以上、耐壓50-500伏以上任何型號如2SC、3DD、BU等系列晶體三極體J1集電極c1和200-500歐可調電阻R1一端電連接，R1另一端與J1的基極b1和電壓6-8伏、電流300-3000毫安以上任何型號如2CW等系列穩壓管T的正極電連接、並作為b1和T的降壓及負載電阻，T的負極接地，J1的發射極e1與參數同R1的可調電阻R2和參數同J1的晶體三極體J2的集電極c2電能輸入及初級振蕩線圈L1的一端電連接，R2的另一端與J2的基極b2的振蕩反饋線圈L2的一端電連接、並作為b2的負載電阻，L1的另一端與c2電連接，L2的另一端與b2電連接，J2的發射極e2接地，次級振蕩輸出線圈L3的兩端與耐壓50-500伏以上、電流5-10安以上的任何型號整流二極體組成的橋式整流電路或參數相當的封裝成型的商品橋堆Q的交流端電連接，Q的正極端與點火初級低壓線圈L4的正極輸入端電連接，Q的負極端接地，L4的另一端即負極迴路端接地，點火次級高壓線圈L5的一端為點火高壓輸出端、另一端接地。
實施例電路原理和具體參數等按照附圖及
和具體實施方式
說明即可順利實施。其它主要元器件參數選擇及說明如下晶體三極體J1-J2選擇2SC3858、BU508、3DD15等NPN型，還可組成複合管以提高功率和分散並降低發熱量及元器件成本，如50瓦的3DD15的價格僅為近百瓦的大功率三極體2SC3858、BU508等的1/4-1/10，而兩顆3DD15就足以與它們媲美，但必須配對使用、以求工作和出力及發熱溫升與穩定性等系列重要相關性狀儘量一致，配對並不難、只需用普通萬用表簡單測試一下hFE即放大倍數基本一致就可同時很好滿足上述一切要求；晶體三極體J1-J2也可選擇PNP型，只要有關性能參數及電連接電位(與NPN型相反)滿足要求即可、但因PNP型管耐壓、溫升及穩定性和功率等均次子NPN型管，而汽車等的工作條件又很粗獷惡劣、故最好還是儘可能使用NPN型管；可變電阻可在調試後用1-2瓦小型固定電阻代替、以減少體積和元器件成本，為提高穩定、可靠和安全性而使用金屬膜或陶瓷線繞電阻；穩壓管T雖僅控制J1基極最大工作電流200毫安左右且本身具可逆性即可恢復性擊穿屬性，但因其是整個點火電源穩定性保障的控制核心元器件且長期處於擊穿狀態而發熱並累積、很易因溫升過高產生熱不可逆擊穿，故應留有3-5倍甚至更大餘地，本發明選用3安價格僅2元人民幣的穩壓管、發熱量很低，徹底解決熱擊穿後顧之憂；振蕩變壓器磁芯為鐵氧體磁性材料故體積與重量都很小、外形不限、磁芯截面積以功率大於50瓦或100瓦即可；自激振蕩線圈L1用直徑0.5-1毫米漆包線繞50圈、L2用直徑0.2-0.3毫米漆包線繞20圈、互激振蕩線圈L1繞100圈中心抽頭、L2繞40圈中心抽頭、如不起振將L1或L2兩端對調以滿足正反饋條件即可起振、L3用直徑0.5-1毫米漆包線繞60-100圈以調試到帶上負荷即接通點火線圈L4電壓為12-14伏時的圈數為準，這樣做雖然麻煩一點、但可省去輸出穩壓電路和元器件，不僅簡化電路、少耗能(特別是在啟動點火能量有限時尤其重要)少發熱提高可靠性、還大幅節約成本；橋式整流二極體耐壓大於50-500伏、電流大於5-10安；點火線圈L4、L5為車身汽油機自配元器件。
權利要求
1.一種汽油機自激振蕩直流點火電源，其特徵是其由直流穩壓輸入電路、自激振蕩電路、直流輸出電路順序電連接。
2.根據權利要求1所述的汽油機自激振蕩直流點火電源，其特徵是直流穩壓輸入電路由電阻、穩壓管和三極體電連接組成，自激振蕩電路由電阻、三極體和振蕩變壓器初級反饋及振蕩線圈電連接組成，直流輸出電路由振蕩變壓器次級線圈與橋式整流二極體電連接組成，並順序電連接。
3.根據權利要求1所述的汽油機自激振蕩直流點火電源，其特徵是主要元器件參數為三極體功率30-100瓦、耐壓50-500伏、電流2-10安，電阻200-500歐可變或固定電阻，穩壓管6-8伏、300-3000毫安，振蕩變壓器磁芯為鐵氧體磁性材料、磁芯截面積按功率50-100瓦取值，自激振蕩線圈L1用直徑0.5-1毫米漆包線繞50圈、L2用直徑0.2-0.3毫米漆包線繞20圈、L3用直徑0.5-1毫米漆包線繞60-100圈以調試到帶上負荷即接通點火線圈L4電壓為12-14伏時的圈數為準，橋式整流二極體耐壓50-500伏、電流5-10安。
4.根據權利要求1所述的汽油機自激振蕩直流點火電源，其特徵是三極體可以是NPN型或PNP型。
5.根據權利要求1所述的汽油機自激振蕩直流點火電源，其特徵是三極體可以組合成複合管使用。
全文摘要
一種汽油機自激振蕩直流點火電源，由直流穩壓輸入電路、自激振蕩電路、直流輸出電路順序電連接，直流穩壓輸入電路由電阻、穩壓管和三極體電連接組成，自激振蕩電路由電阻、三極體和振蕩變壓器初級反饋及振蕩線圈電連接組成，直流輸出電路由振蕩變壓器次級線圈和橋式整流二極體組成，並順序電連接。將因啟動或衰老而電壓低落、難以提供正常點火電能尤其是電壓的蓄電池電壓提升到點火電壓並充足、穩定地提供點火所需電能，電路及元器件簡單、工作安全可靠、並因有效延長蓄電池壽命而減少其報廢量、點火強勁使燃燒充分動力充足，並大幅減少環境汙染與燃油消耗，利於國家汽車產業與環保國策的協調實施。
文檔編號F02N11/08GK1687577SQ20051002075
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月20日 優先權日2005年4月20日
發明者顏懷瑋, 易敏, 顏曉川 申請人:顏懷瑋