专利名称:连续火花电子点火器的制作方法
本发明是一种用于发动机点火的微型高能连续火花电子点火器。
通常的电子点火器是单火花放电点火，欧美，日本等国越来越多地在发动机中采用这类单火花放电电子点火器，以减轻城市中对排气控制所带来的日益增大的压力。为了改善起燃和燃烧的持续性，美国福特汽车公司近来研制出一种铁磁谐振电容放电连续火花点火系统，(见人民交通出版社《汽车电子设备》，1985年8月)这种铁磁谐振电容放电连续火花点火系统是一种程序控制系统，能在连续点火期间持续放电，具有控制火花持续时间长，火花电流持续率高等优点，这些优点是通常的电子点火器所难以达到的。这种程序控制的铁磁谐振电容放电连续火花点火系统具有电容放电点火回路，触发器，选通振荡器，功率放大器和反馈线圈，其缺点是当电源电压变化较大和负载变化较大时将影响电路工作的可靠性，并且结构复杂，体积较大，成本高。美国专利US4291-661号所述的电子点火系统同样存在上述缺点。
本发明的任务是提出一种与现有技术相比结构简单，正时性更好，能在电源电压变化较大和负载变化剧烈的情况下可靠工作的，体积小的连续火花电子点火器。
本发明是一种由磁脉冲发生器作为传感器，与稳压电路，信号放大电路，两级开关电路，保护电路，升压输出电路，触发信号电路，振荡维持控制电路，触发信号续流电路共同组成的连续火花电子点火器。
磁脉冲发生器是检测发动机曲轴上的凸轮运动位置的传感器，本发明的连续火花电子点火器所采用的磁脉冲发生器具有引磁间隙，当凸轮与磁脉冲发生器的测试工作面间的间距刚小于引磁间隙的间距时，耦合线圈输出一个精度高的宽脉冲强信号作为电路的主控信号送到信号放大电路前级三极管基极。引磁间隙由与一块永磁体两磁极分别相连接的导磁体Ⅰ和导磁体Ⅱ在切割磁力线的方向上形成，导磁体Ⅰ和导磁体Ⅱ的其余部分都相离，相离的间距都大于引磁间隙的间距。耦合线圈以磁力线方向为轴线绕在导磁体Ⅰ或导磁体Ⅱ上，位置在导磁体Ⅰ和导磁体Ⅱ所确定的测试工作面和引磁间隙之间，并且在经引磁间隙闭合的磁路之外，耦合线圈一端与信号放大电路前级三极管基极相连接，另一端经电阻与地线相连接。导磁体Ⅰ和导磁体Ⅱ为永磁体产生的磁力线提供磁路，将分布的磁场集中起来，使穿过导磁体Ⅰ和导磁体Ⅱ的磁通密度大大增加，当被测凸轮与测试工作面间的间距还大于引磁间隙的间距时，磁路经引磁间隙闭合，耦合线圈内基本无磁力线穿过，而当被测凸轮与测试工作面间的间距刚小于引磁间隙的瞬时，磁路迅速由经引磁间隙闭合切换至穿过耦合线圈经被测凸轮闭合，穿过耦合线圈的磁通变化率很大，耦合线圈輸出前沿陡正时精度高的宽脉冲强信号加在信号放大电路的前级三极管基极上。这是电路的主振信号。
稳压管和降压电阻相串联，并和电源正极以及地线分别相连接组成稳压电路，为信号放大电路提供稳定的直流电源，在稳压管正极和地线之间跨接一只滤波电容。
信号放大电路由两只N-p-N型三极管组成，在信号放大电路前级三极管的分压式偏置电路中A点与地线之间跨接一只二极管进行钳位，使前级三极管在没有信号
入时其发射结处于反向偏置而可靠截止。为了在前级三极管导通时后级三极管可靠截止，故在前级三极管集电极和后级三极管基极之间正向串接一只二极管。在信号放大电路前级三极管基极和地线之间反向串接一只二极管，此二极管的正极与地线相连接，负极与前级三极管基极相连接，为耦合线圈输出的负向脉冲提供闭合通道。
两级开关电路由两只N-p-N型三极管组成，前级三极管是带负载能力强的射极跟随器，其发射极与后级三极管基极直接耦合。一只二极管串接在前级三极管基极和其偏置电阻之间，组成前级三极管的偏置电路，该二极管正极与偏置电阻的接点与信号放大电路后级三极管集电极和电信号控制三端半导体开关元件的被控电流流入端相连接于B点，形成振荡控制端，串接此二极管的目的是提高控制端B点的电平，这样，当信号放大电路后级三极管导通或电信号控制三端半导体开关元件导通时，控制端B点的电平低于两级开关电路前级三极管偏置电路中二极管与前级三极管和后级三极管的串联正向导通压降之和，两级开关电路截止。
压敏电阻跨接在两级开关电路后级三极管集电极和地线之间，构成保护电路，对后级三极管进行保护。
点火线圈构成升压输出电路，点火线圈初级绕组串接在电源正极和两级开关电路后级三极管集电极之间，次级绕组一端与两级开关电路后级三极管集电极相连接，另一端为输出端。当两级开关电路由导通状态变为截止状态时，点火线圈初级绕组内电流突然中断，产生强续流感应电势，因而在次级绕组输出强脉冲电压。
触发信号电路由一只二极管和两只分压电阻相串联组成，二极管的正极是触发信号电路的信号电流流入端，与两级开关电路中前级三极管发射极或后级三极管发射极相连接，以取出信号电流作为电信号控制三端半导体开关元件的触发导通控制信号，触发信号电路的另一端与地线相连接。
电信号控制三端半导体开关元件构成振荡维持控制电路，电信号控制三端半导体开关元件的被控电流流入端与振荡控制端B点相连接，被控电流流出端与地线相连接，控制端与触发信号电路中两个分压电阻的接点相连接于C点。当信号放大电路后级三极管处于截止状态时，振荡维持控制电路在触发信号的控制下使两级开关电路反复导通和截止进行振荡，从而在点火线圈次级绕组输出连续高压脉冲，在火花塞间隙被电离的等离子区产生连续放电火花，对发动机燃烧室内的混合气体进行连续点火。电信号控制三端半导体开关元件是普通可控硅或可关断可控硅或三极管。采用普通可控硅作为电信号控制三端半导体开关元件时，流入普通可控硅阳极的电流小于该普通可控硅的维持电流。采用普通可控硅或可关断可控硅时，普通可控硅或可关断可控硅的阳极与两级开关电路中前级三极管偏置电路相连接于B点，其阴极与地线相连接，其控制极与触发信号电路相连接于C点。采用N-p-N型三极管作为电信号控制三端半导体开关元件时，其集电极与两级开关电路前级三极管偏置电路相连接于B点，其发射极与地线相连接，其基极与触发信号电路相连接于C点。采用p-N-p型三极管作为电信号控制三端半导体开关元件时，其发射极与两级开关电路前级三极管偏置电路相连接于B点，其集电极与地线相连接，其基极与触发信号电路相连接于C点。
跨接在两级开关电路前级三极管集电极与触发信号电路中的二极管负极之间的电容构成触发信号续流电路，当两级开关电路截止时，构成触发信号续流电路的电容被冲电，冲电电流使电信号控制三端半导体开关元件继续保持导通一段时间后才截止。改变构成触发信号续流电路的电容的电容
即可改变两级开关电路的振荡频率，从而改变本发明的连续火花电子点火器在磁脉冲发生器每输出一个正向脉冲期间所输出的高压脉冲的频率。改变点火线圈初级绕组的电感量或改变两级开关电路后级三极管的发射极电阻的阻值也能改变本发明的连续火花电子点火器在磁脉冲发生器每输出一个正向脉冲期间所输出的高压脉冲的频率，从而改变本发明输出功率。
本发明的连续火花电子点火器采用具有引磁间隙的磁脉冲发生器，这种新颖的磁脉冲发生器体积小，输出信号强，产生正时精度很高的宽脉冲信号，即使在曲轴转速很低的情况下也能输出正时精度高的宽脉冲信号，其输出的脉冲信号基本上不受曲轴转速变化的影响，这是通常的磁脉冲发生器所难以办到的，与本发明的连续火花电子点火器电路部分配合使用，不仅可靠性高，而且能在从100转/分至7000转/分的发动机整个转速带内都实现从点火开始，曲轴连续转30°(最大可达45°)的范围内持续强制点火，这一优异功能使本发明的连续火花电子点火能量可达200MJ以上，是通常的高能点火器点火能量的4至10倍，这样高的点火能量能点燃通常的点火系统难以点燃的稀混合气体，并且在零下40℃的低温也能正常启动发动机。本发明能正常工作的温度范围是-40℃至125℃。本发明的连续火花电子点火器中磁脉冲发生器因被巧妙地设置了一个引磁间隙而在磁脉冲发生器中形成两个磁路通道，一个是经引磁间隙闭合的磁路通道，另一个是磁路穿过耦合线圈经被测凸轮后闭合，当被测凸轮与测试工作面间的间距刚大于或小于引磁间隙的间距瞬时，磁路迅速从一个通道切换至另一个通道，从而使穿过耦合圈的磁通量变化率很大，产生强的感应电势，输出前沿陡的宽脉冲信号，所以本发明的连续火花电子点火器中的磁脉冲发生器输出信号的强弱和宽度都与被测凸轮的转速基本无关。与前述美国福特汽车公司研制的铁磁谐振电容放电连续火花点火系统所用的磁脉冲发生器相比较，本发明的连续火花电子点火器所用磁脉冲发生器体积小，结构简单，产生的脉冲正时精度很高，信号强，脉冲宽，输出信号基本不受被测凸轮转速的影响。
本发明的连续火花电子点火器从两级开关电路前级三极管发射极或后级三极管发射极取出反馈信号控制电信号控制三端半导体开关元件的导通或截止，从而实现在每一次点火开始后持续火花放电振荡，发明人的这种巧妙设计，不仅使实现连续火花点火的电子点火器结构大为简化，成本下降，可靠性提高，体积减小，而且能在负载剧烈变化和电源电压变化较大的情况下可靠工作。这是因为从两级开关电路前级三极管发射极或后级三极管发射极取出的反馈信号的强弱与负载变化无关，在负载变化剧烈甚至输出端短路时，两级开关电路仍在磁脉冲信号发生器产生的伩号脉冲宽度内进行振荡，后级功率三极管导通时仍工作在饱和状态，功率三极管功耗不增大，这也是本发明一个突出优点。短路时的输出电流受到后级功率三极管发射极电阻限流，不会造成电路器件的过流损坏。当电源电压在一定范围内变化时将导致反馈信号电流变化，但反馈信号电流的变化只影响电信号控制三端半导体开关元件从截止状态转变为导通状态的过渡时间，并不影响电路工作的可靠性。能保证本发明的连续火花电子点火器可靠工作的最高电源电压值与最低电源电压值之比可达六倍，可在5V至30V的电源电压变化范围内可靠工作，所以本发明的连续火花电子点火器能在负载剧烈变化的情况下，以及电源电压变化较大的情况下可靠地工作。
由于本发明的连续火花电子点火器采用的磁脉冲发生器体积很小，电路简单，所以除点火线圈外的其余的连续火花电子点火器的元件都组装在一个整体内，成为一个独立的小部件，能直接装入分电器内，而勿需对分电器作任何改动，适用于各型号的汽车发动机，涡轮发动机、火箭发动机点火。无论是产生单次火花或产生连续火花的现有电子点火系统都因体积大而不能全部装入分电器内。
附图即为本发明的实施例。
如下图1 连续火花电子点火器电路原理图。
图2 连续火花电子点火器采用的磁脉冲发生器结构示意图。
导磁体Ⅰ(2)和导磁体Ⅱ(6)分别与永磁体(1)的S磁极和N磁极相连接，形成磁路，将分布的磁场集中，使穿过导磁体Ⅰ(2)和导磁体Ⅱ(6)的磁通密度大大增加。导磁体Ⅰ(2)和导磁体Ⅱ(6)在切割永磁体(1)产生的磁力线方向形成一个引磁间隙(4)，引磁间隙(4)的间距在0.5毫米至1.5毫米之间。导磁体Ⅰ(2)和导磁体Ⅱ(6)其余部分都相离，相离的间距都大于引磁间隙(4)的间距。耦合线圈(3)以永磁体(1)产生的磁力线方向为轴线绕在导磁体Ⅰ(2)上，位置在导磁体Ⅰ(2)和导磁体Ⅱ(6)所确定的测试工作面(5)和引磁间隙(4)之间，并且在经引磁间隙(4)闭合的磁路之外。当被测凸轮(7)与测试工作面(5)之间的间距小于引磁间隙(4)的间距瞬时，磁路迅速由经引磁间隙(4)闭合切换至穿过耦合线圈(3)经被测凸轮(7)闭合，穿过耦合线圈(3)的磁通变化率很大，耦合线圈(3)内产生强感应电势，输出前沿陡的宽脉冲信号，当输出正向脉冲信号时，脉冲信号经电阻R3加在信号放大电路前级三极管BG1的基极和发射极之间。当被测凸轮(7)与测试工作面(5)之间的间距大于引磁间隙(4)的间距瞬时，磁路由经被测凸轮(7)闭合迅速切换至经引磁间隙(4)闭合，耦合线圈内同样产生强感应电势，但方向相反，输出的负向脉冲经电阻R3和二极管D2闭合。
稳压管W和降压电阻R12相串连，组成稳压电路，稳压电路的一端经开关K与电源VCC正极相连接，另一端与地线相连接。电容C1跨接在稳压管W的两端。本实施例中稳压管W采用2CW7。
三极管BG1集电极经二极管D3与三极管BG2基极相连接组成信号放大电路。在由电阻R1，R2，R3串联组成的三极管BG1的分压式偏置电路中电阻R1和R2的接点A与地线之间跨接一只二极管D1进行钳位。电阻R4，二极管D3，电阻R5相串联组成分压回路，当三极管BG1截止时，该回路为三极管BG2基极提供电流，使三极管BG2饱和导通。电阻R6是三极管BG2和作为电信号控制三端半导体开关元件的可关断可控硅SCR的限流电阻，同时也是两级开关电路中三极管BG3的偏置电阻。本实施例中三极管BG1采用3DK7，三极管BG2采用3DKg。
三极管BG3发射极与三极管BG4基极直接耦合组成两级开关电路， 二极管D5串接在偏置电阻R6和三极管BG3基极之间，二极管D5与偏置电阻R6的接点与三极管BG2集电极和电信号控制三端半导体开关元件的被控电流流入端相连接于B点，形成振荡控制端。本实施例中三极管BG3采用3DKg，三极管BG4采用3DD15。
压敏电阻RM跨接在三极管BG4的集电极和地线之间，构成保护电路对三极管BG4进行保护。
点火线圈IN的初级绕组L1串接在电源正极和三极管BG4集电极之间，次级绕组L2一端与三极管BG4集电极相连接，另一端为输出端。
电阻R7，R8和二极管D4相串联并分别与地线和三极管BG3的发射极相连接构成触发信号电路。
构成振荡维持控制电路的电信号控制三端半导体开关元件是可关断可控硅SCR，可关断可控硅的阳极与振荡控制端B点相连接，阴极与地线相连接，控制极与触发信号电路中电阻R7和R8的接点相连接于C点。
电容C2跨接在三极管BG3集电极和触发信号电路中二极管D4负极与电阻R8的接点D之间，构成触发信号续流电路。
本实施例的工作是这样的当合上电源开关K后，稳压电路稳压，为信号放大电路提供5伏直流电压。当磁脉冲发生器M没有产生正向脉冲信号时，由于二极管D1的钳位，三极管BG1可靠地处于截止状态，三极管BG2经其偏置电路取得基极电流而饱和导通，振荡控制端B点电平下降到0.7伏，低于二极管D5和三极管BG3，BG4的正向串联饱和压降，三极管BG3，BG4截止，点火线圈初级绕组L1内无电流流过，次级绕组L2无电压输出。
当被测凸轮(7)与测试工作面(5)间的间隙刚小于引磁间隙(4)的间距瞬时，磁脉冲发生器M的耦合线圈(3)输出正向脉冲信号并加在三极管BG1的基极，使三极管BG1饱和导通，三极管BG2从导通跃变为截止，控制端B点电平迅速升高至大于二极管D5和三极管BG3，BG4的串联正向导通压降，三极管BG3，BG4饱和导通，电流流过点火线圈初级绕组L1并克服其感抗而增大，当三极管BG4发射极电平升高到0.7伏左右时，(当二极管D4的正极与三极管BG4的发射极相连接时，其射极电平应升高到1.4伏左右)可关断可控硅SCR导通，其阳极电平下降到1.5伏左右，低于二极管D5和三极管BG3，BG4的正向串联导通压降，三极管BG3，BG4截止，流过点火线圈IN初级绕组L1的电流突然中断，续流感应电势陡增，经耦合，在次级绕组L2输出高压脉冲。当三极管BG3截止后，电容C2被冲电，冲电电流部分流入可关断可控硅SCR的控制端，使其继续保持导通一段时间后截止。当可关断可控硅截止后，其阳极电平跃升至高于二极管D5和三极管BG3，BG4的正向串联导通饱和压降，三极管BG3，BG4重新导通，电流重又流入点火线圈初级绕组L1，如此反复，进行振荡，在点火线圈次级绕组L2输出连续高压脉冲，在火花塞的间
之间产生连续的放电火花，直至磁脉冲发生器M产生的正向脉冲信号消失，这种振荡才停止，当磁脉冲发生器M再次产生一正向脉冲信号时，这种振荡重新开始。
当从两级开关电路前级三极管BG3发射极取出触发信号时，电阻R11的计算式如下R11＝ (0.7×RL1)/(VCC-1.4) (Ω)当从后级三极BG4发射极取出触发信号时，电阻R11的计算式如下R11＝ (0.7×RL1)/(VCC-2.1) (Ω)
RL1-点火线圈初级绕组L1的电阻，单位Ω。
VCC-电源电压，单位V。
本实施例中电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12的阻值分别是1KΩ，51Ω，30Ω，4.3KΩ，1KΩ，1KΩ，100Ω，39Ω，27Ω，510Ω，0.35Ω，680Ω，电容C1，C2的容量分别是2.2μF，0.1μF。二极管D1，D2，D3，D4，D5分别是2Cp1，2Cp1，2Cp1，2CZ53，2Cp3。可关断可控硅SCR是3CTG05A。压敏电阻是MY31-300V1000A。本实施例中电源电压VCC的变化范围是5V-30V。
权利要求
1.一种连续火花电子点火器，包括具有一块永磁体(1)和线圈(3)的磁脉冲发生器，稳压电路，信号放大电路，两级开关电路，保护电路，升压输出电路，其特征在于A、磁脉冲发生器中，与永磁体(1)的两磁极分别相连接的导磁体Ⅰ(2)和导磁体Ⅱ(6)在切割永磁体(1)产生的磁力线方向上形成一个引磁间隙(4)，引磁间隙(4)的间距在0.1毫米至5毫米之间，导磁体Ⅰ(2)和导磁体Ⅱ(6)的其余部分都相离，相离的间距都大于永磁间隙(4)的间距；耦合线圈(3)以磁力线方向为轴线绕在导磁体Ⅰ(2)或导磁体Ⅱ(6)上，位置在导磁体Ⅰ(2)和导磁体Ⅱ(6)所确定的测试工作面(5)和引磁间隙(4)之间，并且在经引磁间隙(4)闭合的磁路之外。B、二极管D4与电阻R8和电阻R7相串联，组成触发信号电路，触发信号电路的信号电流流入端与两级开关电路前级三极管发射极或后级三极管发射极相连接，另一端与地线相连接。C、构成振荡维持控制电路的电信号控制三端半导体开关元件的被控电流流入端与两级开关电路前级三极管偏置电路中电阻R6和二极管D5的接点相连接于B点，电信号控制三端半导体开关元件的被控电流流出端与地线相连接。电信号控制三端半导体开关元件的控制端与触发信号电路中电阻R8和电阻R7的接点相连接于C点。D、电容C2跨接在两级开关电路前级三极管集电极和触发信号电路中二极管D4和电阻R8的接点D之间构成触发信号续流电路；
2.根据权利要求
1或2所述的连续火花电子点火器，其特征在于电信号控制三端半导体开关元件是普通可控硅，经电阻R6流入普通可控硅的电流小于该可控硅的维持电流。
3.根据权利要求
1或2所述的连续火花电子点火器，其特征在于电信号控制三端半导体开关元件是可关断可控硅或三极管。
专利摘要
本发明是一种微型高能连续火花电子点火器，由具有引磁间隙的磁脉冲发生器，稳压电路，信号放大电路，两级开关电路，保护电路。升压输出电路，触发信号电路，振荡维持控制电路，触发信号续流电路组成。本发明能任意承受过载，并能适应电源电压的较大变化。
文档编号F02P15/00GK86107987SQ86107987
公开日1988年6月8日 申请日期1986年11月26日
发明者王 华 申请人:航空工业部成都飞机公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan