专利名称：新型汽车点火系统的制作方法
新型汽车点火系统一、 技术领域-本发明涉及一种汽车点火系统，尤其是涉及一种主要是针对无化油器、无 分电器，由电脑控制燃料喷射及点火的电喷发动机汽车的新型汽车点火系统。二背景技术：
现有电喷车的点火能量(参见图1，主要分析双点式点火回路的能量)从图1中可以看出现有电喷车的点火系统由晶体管点火器、点火线圈、高 压阻尼线、内置电阻火花塞组成。在这个点火系统中，晶体管点火器是一个能 够受外部信号控制的电子开关，它根据外部信号决定晶体管T1的导通与截止; 点火线圈是储能、高电压产生部件，它储能的多少，决定了火花塞点火火花能 量的大小，它输出电压的高低决定了火花塞间隙能否被击穿而形成点火火花。它在T1导通，初级线圈通电时储能，断电时在C点产生几百伏电压，连同初 级储能耦合到点火线圈次级，产生2.5万伏以上高电压，通过高压阻尼线，火 花塞内置电阻将高电压加在火花塞间隙处，并击穿间隙，产生高压电火花释放 能量点燃气缸内混合气。在现有点火系统中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)
根据电工原理 1
E！ = —2— b i2 ...........................①
L ， i= & (l一e L')...................②
现有电喷车中，根据发动机缸数和额定转数设定初级线圈通电时间t，
t二O, 0025 0. 0036 (S)。
从式①、②看出初级储能与L1、 i有关，i与Rl、 Ll有较复杂的指数 关系。由于V不变， 一般点火线圈设计时，首先确定所需能量的大小，根据所 需能量，兼顾点火线圈其他性能要求给出RK Ll满足i的合适值。 一般情况 下，较小的Rl、 Ll有较大的i值，较大的Rl、 Ll有较小的i值。根据以上的 讨论及实际测量，i值一般在6.0 —8.5A范围。
从上面的数据中估算点火线圈初级储能在90 — 120mJ，初次级转换效率 0.75，即次级能量在70--90mJ之间。由于次级点火回路直流电阻较大， 一般 在20 — 30K^，能量在传输过程中的损耗，使得火花塞间隙处的点火火花能量 只占到次级总能量的30%左右；另外，匝数比较大，不可能形成大的初始点火 火花能量。
经过估算，火花塞间隙处点火火花能量在30mJ左右。图2为测量电路连接示意图 点火线圈参数(富康988用点火线圈)Ll-:O. 005 (H) R1=0, 62 (Q) N=90L2二40.5 (H) R2 = 8. 3KQi二6. 8A El = 116mJ测量项目a、 详细测量火花塞间隙被击穿后，电压从最大值下降到维持值的能量(即 初始点火火花能量)。b、 测量在维持时间里点火火花能量。C、测量条件室温、常压状态。被测点火回路为双点式a、 火花塞间隙为3mm，指这个火花塞对应的气缸不在压縮行程；火花塞 间隙为llmm，指这个火花塞对应的气缸混合气已被压縮，即将点火作功。b、 双火花塞间隙被击穿时，测出在某一时段Ta电阻Ra的平均电压，则IU平均电压通过Ra的电流Ia二 ~~^，测出某一时段Ta电阻RB上的平均电压，则Va二fo平均电压xRs 二fo平均电压xlOOO。c、 在某一时段Ta的点火火花能量二二VaTala。测量结果
初始点火火花能量3.0mJ 维持时间点火火花能量25. 6mJ 总点火能量28. 6mJ
提高现有点火系统点火火花能量的可行性
提高点火火花能量，首先要使点火线圈初级具有储存大能量的能力，从 ①、②式可以看出，当V不变时，Rl、 Ll、 i的相互制约关系，只有减小R1 ， 适量减小Ll ，使i增大，才有可能增大点火线圈初级储能，尽管如此，但 初级储能不会有太大的提高。人为的使i增加，初级储能加大后，耦合到次 级的能量增加，次级能量增加，主要是次级电流增加，在次级点火回路中由 于直流电阻太大，次级电流增加，同样使直流电阻的损耗增加，这个损耗的 增加与电流平方成正比，就是说增加能量的绝大部分被直流电阻消耗掉，火 花塞间隙处的火花能量增加很少，所以说，现有的点火系统在火花塞间隙处 的点火火花能量不会有大的提高。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种新型汽车点火系 统，其能增加火花塞间隙处的点火火花能量，特别是加大火花塞间隙处的初 始点火火花能量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为
一种新型汽车点火系统，包括晶体管点火器控制电路，其特征在于在 晶体管点火器控制电路上连有自举增能装置，自举增能装置与低匝比、低损耗点火线圈连接，低匝比、低损耗点火线圈与微损耗高压阻尼线连接，微损 耗高压阻尼线与内置电感的火花塞连接。上述自举增能装置包括控制调整电路，控制调整电路通过晶体三极管T2和T3与初次级有中心抽头变压器的初级线圈连接，初次级有中心抽头变压器 的次级线圈与二极管Dl、 D2连接，二极管Dl、 D2并联并与晶体三极管T连 接，初次级有中心抽头变压器的次级线圈并与低匝比、低损耗点火线圈的初 级连接，二极管D3、瞬间抑制二极管DN依次连在初次级有中心抽头变压器 的次级线圈与低匝比、低损耗点火线圈的初级之间，瞬间抑制二极管DN并与 控制调整电路连接。上述低匝比、低损耗点火线圈的初级电阻R1二0.4 0.7Q 、点火线圈的 初级电感Ll二O. 008 — 0. 015H、点火线圈的次级电阻R2二360Q—1300,Q、点 火线圈的次级电感L2二3 — 7.5H，点火线圈(5)的次初级匝数比为10_30。上述微损耗高压阻尼线由两个绝缘材料的电感元件构成，电感元件由高 压线连接，直流电阻为2Q—5Q，电感量L为0. 005 — 0. 020H。与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下以富康988油、气两用轿车为例。车况新车出厂后运行2.6万km1、 使用汽油或天然气，起步，换档加速性能明显提高。使用天然气时， 起步，换档加速性能优于原有点火系统使用汽油时的效果。2、 80km/小时等速运行，比原点火系统节省天然气5.6%，汽油因条件限 制，无法测量。3、技术效果
a、 使用汽油时，还会有明显的节油效果。
b、 尾气排放会大幅度下降。
c、 对于空燃比在40 : 1、 65 : 1采用涡轮增压技术的稀薄燃烧发动机， 超稀薄燃烧发动机，在火花塞处采用12 : 1或13 : 1空燃比燃烧的现状会
得到很大改善。
d、 不使用电极复杂或装有稀有金属放电片的火花塞，仍具有良好的点火
可靠性。
四
图1为电喷车现有双点式点火系统的连接示意图2为测量电路连接示意图3为本发明点火系统的电路原理图4为自举增能装置的电路原理图5为自举增能装置中控制调整电路n的电路原理图
图6为自举增能装置与原点火系统的连接示意图7为火花塞内置电感形状示意图8为微损耗高压阻尼线的剖面图。
图中，卜现有晶体管点火器控制电路，2-现有双点式点火线圈，3-控制 调整电路，4-初次级有中心抽头变压器，5-低匝比、低损耗点火线圈，6-内 置电感的火花塞，7-高温导线，8-金属材料，9-铁磁材料，10-绝緣材料，ll-电感元件，12-高压导线，13-金属导线，14-外包绝缘材料，15-软磁材料， 16-微损耗高压阻尼线。
五具体实施例方式
参见图3、图4，包括现有晶体管点火器控制电路1，在现有晶体管点火
器控制电路1上连有自举增能装置，自举增能装置与低匝比、低损耗点火线
圈5连接，低匝比、低损耗点火线圈5与内置电感的火花塞HL连接。自举增 能装置包括控制调整电路3，控制调整电路3通过晶体三极管T2和T3与初 次级有中心抽头变压器4的初级线圈连接，初次级有中心抽头变压器4的次 级线圈与二极管D1、 D2连接，二极管D1、 D2并联并与晶体三极管T1连接， 初次级有中心抽头变压器4的次级线圈并与低匝比、低损耗点火线圈5的初 级连接，二极管D3、瞬间抑制二极管DN依次连在初次级有中心抽头变压器4 的次级线圈与低匝比、低损耗点火线圈的初级之间，瞬间抑制二极管DN并与 控制调整电路3连接。低匝比、低损耗点火线圈5与微损耗高压阻尼线16连 接，微损耗高压阻尼线16与内置电感的火花塞6连接。参见图5，自举增能 装置控制调整电路3中，电阻R1和电阻R4—端并联，与12V电源连接，电 阻Rl另一端与电阻R2 —端、二极管D6 —端并联与晶体管T4的C极连接， 电阻R4另一端与电阻R3 —端、二极管D7 —端并联并与晶体管T5的C极连 接，晶体管T2、晶体管T3分别与晶体管T4、晶体管T5的C极连接；电阻 R2另 一端与电容C2 —端连接，电容C2另一端与二极管D5 —端并联并与晶 体管T5的b极连接，电阻R3另一端与电容C1一端连接，电容C1另一端与 二极管M —端并联并与晶体管T4的b极连接，二极管D6、 二极管D7的另 一端并联并与晶体管T6的C极连接；电阻R5 —端与二极管DZ —端并联并与晶体管T6的b极连接，电阻R5的另一端与晶体管T1连接。其工作过程晶
体管Tl导通时，通过电阻R5将信号送入晶体管T6的b极，晶体管T6截止; 晶体管T4、晶体管T5的C极根据设定的频率轮换变为高电位，输出两个方 波信号，使晶体管T2、晶体管T3轮流导通工作。晶体管T1截止时，通过电 阻R5将信号送入晶体管T6的b极，晶体管T6导通，晶体管T4、晶体管T5 的C极转换成低电位，晶体管T2、晶体管T3截止，停止工作。
当外部控制信号让点火线圈5初级通电时，晶体三极管T1导通，晶体三 极管Tl导通后,，给自举增能装置的控制调整电路一个信号，经该电路对信号 辨别确认后，自举增能控制调整电路根据预先设定的在点火线圈初级储能的 大小，在一定时间内输出某一频率且受控的两个方波信号，控制晶体管T2、 T3轮流导通。这样将蓄电池的直流电转变成通过变压器BN初级的交流电， 然后再耦合到变压器BN的次级，经Dl、 D2整流后，在次级绕组的0端产生 了由变压器BN初次级匝数决定的若干伏的直流负电压U0。该电能流经Dl或 D2、 Tl、蓄电池、点火线圈初级而形成回路。根据确定通电回路中电压关系 的基尔霍夫定律知，加在点火线圈初级的端电压丽=蓄电池电压+|1]。|;这
时点火线圈初级电流i二 & ((1- -e l'),由于电压升高i增大，初级储能
&=二 7 b i2增大，即初级储能增加。
变压器BN 0端产生的电压U0可以根据不同的点火线圈初级参数，人们 要求点火线圈的初级储能的大小，调整变压器BN的初次级匝数，可以得到满 足不同点火线圈初级参数，要求不同初级储能所需的电压UO 。
当外部给出点火控制信号时，晶体管T1截止，该信号输入到自举增能装置的控制调整电路，经辩别确认后，输出信号使晶体管T2、晶体管T3截止， 变压器BN停止工作。晶体管T1截止后，点火线圈初级通电回路被切断，于 是在C点产生可调幅值的高电压，连同初级储能耦合到点火线圈次级，产生 2.5万伏以上高电压，通过微损耗高压阻尼线、火花塞内置电感加到间隙处， 产生点火火花点燃气缸混合气。
当点火线圈5初级回路接入自举增能装置后，点火线圈5初级电感大的情
况下，仍可获得较大的峰值电流，根据V。二L^，所以当点火线圈初级断电时， C点将产生1500V 3000V的高电压，这就为采用新技术参数点火线圈提供了 可能。
由于C点电压可以在1500V 3000V范围调整，根据变压器原理，点火线 圈次初级匝数比可以在10 30范围调整。这样点火线圈5次级仍可输出大于 2.5万伏以上的点火电压。这个匝数比从考尔发明高压点火线圈到现在从来 没有使用过，就是说，现在点火系统使用这个匝比的点火线圈，次级电压不 能击穿火花塞间隙而点火。
低匝比时点火线圈的初次级参数
Rl二O. 4 0. Ll二O. 008—0.015 (H)
R2二360Q—1300Q L2 = 3 —7. 5 (H)
点火线圈的次初级匝数比为10-30
调整自举增能装置0端电压U0，使i值在7.0--9.0A,点火线圈初级储 能在300mJ—500mJ范围。由于使用了自举增能装置，Ll增大后，初级i值在 有限时间内仍可达到要求。Ll增大后，在获得所需能量时i值较小，热损耗小，并可节约材料。R2明显变小，降低点火回路的能量损耗。L2明显变小， 次级电流增大，便于大幅度增加初始点火火花能量。图6所示为自举增能装置
与原点火系统的连接示意图。
现在电喷车使用的高压阻尼线，是把直径为0.2mm左右具有较大电阻率 的金属导线密集的、均匀的缠绕在一根直径大约为lmm、有一定抗拉强度柔 软的非金属绳上，缠绕的各匝是非接触的，然后在外层包上具有一定抗电强 度的满足使用性能的绝缘材料，根据需要截成一定长度、即成为高压阻尼线。 这样的高压阻尼线实际上是一个具有一定电感量和直流电阻的空心电感，它 的作用就是当火花塞间隙被击穿时、防止点火回路电流跳变而产生电磁辐射， 影响车用电脑或其他设备正常工作。这种高压阻尼线直流电阻较大，在双点 回路里阻值在4.5KQ以上，增加了次级点火回路的点火能量损耗。因此有必 要对现在使用的高压阻尼线进行改造。
根据物理学和电工原理，将两个具有一定电感量、外层包上具有一定抗 电强度且满足使用性能的外包绝缘材料14的电感元件11，用电阻很小(0.2 Q左右)且长度合适的高压导线12连接起来，即组成新的高压阻尼线，我们 称这种高压阻尼线为微损耗高压阻尼线。剖面形状如图8:
电感元件参数
电感元件是在长约50mm、直径为4一5mm的软磁材料上，用低电阻率导线 绕上若干圈制作而成的。直流电阻2—5Q、电感量0. 005—0. 020 H。
微损耗高压阻尼线直流电阻只有IOQ左右、在双点回路里，大大降低了 对点火能量的损耗。由于电感元件的作用，微损耗高压阻尼线仍具有优良的 抗电磁辐射能力。现在电喷车所使用的火花塞都有-的内置直流电阻，目的是防
止火花塞在有效间隙内被击穿产生电火花时，产生较强电磁波辐射，而干扰
电脑、车载通讯设备、GPS定位系统及其他电子设备，使其不能正常工作。 所以在电喷车原点火系统中，火花塞内置直流电阻是无法拿掉的。这里顺便 分析一下火花塞内置电阻的抗电磁辐射能力。火花塞内置直流电阻，在一定 程度减小了电磁波辐射干扰。但火花塞内置电阻后，火花塞外部电磁辐射仍 是开放式的。车辆在不断运行中，火花塞有效间隙不断被电火花烧蚀而变大， 当火花塞间隙超过某-一值时，仍会有较强的电磁辐射而影响车辆正常运行， 出现这种情况，火花塞的损坏是可能的，但主要是由电磁辐射引起的干扰造 成的。只要将原火花塞更换成间隙在有效范围内的火花塞，症状即刻消失。 就是说，内置直流电阻来减小电磁辐射干扰是相对的，有条件的。由于火花 塞内置直流电阻的存在，点火系统次级给出的点火能量有40%以上损耗在内 置直流电阻上。随着要求初始点火火花能量的增大，点火线圈次级电流增大， 而在火花塞内置直流电阻的损耗与电流平方成正比增大，这时，损耗远大于 40%。所以，火花塞内置直流电阻的存在，使火花塞间隙处的火花能量增加相 当困难。
根据以上分析，拿掉火花塞内置直流电阻，寻找抗电磁辐射的新途径，很 有必要。参见图7，根据电磁原理，将火花塞内置直流电阻拿掉后，重新给火 花塞内置一个在铁磁物质上绕若干圈高温导线7的电感，可以最大限度的解决 火花塞电磁辐射问题，这样较内置直流电阻的抗电磁辐射能力大幅增加，由于 内置电感的导线直流电阻只有几欧，所以点火线圈5次级给出的点火能量在内 置电感的损耗几乎为零，为增大火花塞间隙处点火火花能量，特别是初始点火火花能量提供了技术上的保证。这也就创造了无损耗、高抗电磁辐射火花塞。 前边在讨论低匝比、低损耗点火线圈5时，已确定点火线圈5初级储能在
300 — 500mJ范围，初次级转换效率O. 75，次级输出有效能量225 — 375mJ。由 于点火线圈次级直流电阻减小，又去掉了火花塞内置直流电阻，火花塞间隙处 点火火花能量有了很大提高。经过进行实际测量，测量方法与1.1.2相同。
观(J量结果
初始点火火花能量25. 6mJ 维持时间点火火花能量116. 2mJ 总点火能量141. 8mJ
从测量结果可以看出，新型点火系统确实增加了火花塞间隙的初始点火火 花能量和维持时间点火火花能量。与现有点火系统相比，初始点火火花能量增 大8. 5倍，维持时间点火火花能量增大4. 53倍。
权利要求
1、一种新型汽车点火系统，包括晶体管点火器控制电路(1)，其特征在于在晶体管点火器控制电路(1)上连有自举增能装置，自举增能装置与低匝比、低损耗点火线圈(5)连接，低匝比、低损耗点火线圈(5)与微损耗高压阻尼线(16)连接，微损耗高压阻尼线(16)与内置电感的火花塞(6)连接。
2、 根据权利要求1所述的新型汽车点火系统，其特征在于自举增能装置包括控制调整电路(3)，控制调整电路(3)通过晶体三极管T2和T3与初 次级有中心抽头变压器(4)的初级线圈连接，初次级有中心抽头变压器(4) 的次级线圈与二极管D1、 D2连接，二极管D1、 D2并联并与晶体三极管T连接，初次级有中心抽头变压器(4)的次级线圈并与低匝比、低损耗点火线圈 (5)的初级连接，二极管D3、瞬间抑制二极管DN依次连在初次级有中心抽头变压器(4)的次级线圈与低匝比、低损耗点火线圈(5)的初级之间，瞬间抑制二极管DN并与控制调整电路(3)连接。
3、根据权利要求2所述的新型汽车点火系统，其特征在于低匝比、低损耗点火线圈(5)的初级电阻R二0.4 0.7Q 、点火线圈(5)的初级电感Lf0.008—0.015H、点火线圈(5)的次级电阻R2 = 360Q—1300Q、点火线圈 (5)的次级电感L2二3—7.5H，点火线圈(5)的次初级匝数比为10-30。
4、根据权利要求2所述的新型汽车点火系统，其特征在于微损耗高压阻尼线由两个绝缘材料的电感元件构成，电感元件由高压线连接，直流电阻为2Q—5Q，电感量L为0.005 —0.020H。
全文摘要
本发明涉及一种新型汽车点火系统，其能增加火花塞间隙处的点火火花能量，特别是加大火花连有自举增能装置，自举增能装置与低匝比、低损耗点火线圈连接，塞间隙处的初始点火火花能量。本发明包括晶体管点火器控制电路，在晶体管点火器控制电路上低匝比、低损耗点火线圈与微损耗高压阻尼线连接，微损耗高压阻尼线与内置电感的火花塞连接。
文档编号F02P3/02GK101319645SQ20081015011
公开日2008年12月10日 申请日期2008年6月24日 优先权日2008年6月24日
发明者王和平 申请人:王和平