CN1187234A - 点火装置 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的组件式电子点火装置使用了自锁霍耳效应感应器件(HA1－HA4)。两块永久磁铁(N,S)固定在凸轮轴(CS)的非铁元件MA上,凸轮轴穿过时间盖(TC)的密封口,感应组件包括霍耳效应器件(HA1－HA4),该组件围绕磁容部件(MA)呈圆周或呈一定的角度排列并当磁铁通过霍耳效应器件时感应磁场,静止时间的控制是由磁铁N和S相互之间的角度距离设置来实现的。霍耳效应器件(HA1－HA4)的输出驱动专用集成电路(CD1)。CD1为点火线圈初级提供低电平开关,模块化设计使得部件减少,简化电磁干扰屏蔽和方便地拆卸和更换部件。

Description

点火装置
发明背景
发明所属领域
本发明属于内燃机的点火装置，特别是使用磁响应固态传感器的内燃机点火装置。
现有技术的描述
由电火花点燃在内燃机混合汽体中的燃料已可以由许多种方法得到，不管该***如何实施，总存在这基本的要求即提供和传送高压脉冲到火花塞，并用充足的能量在火花塞的中心电极和地电极之间产生电弧，此外，高压脉冲需在适当的时间和以适当的脉冲持续时间被传送到每一个火花塞上，当在一个特殊的汽缸中活塞进入一个功率冲程，在电机循环并以某种方式传递这个信息时，现在的点火***一般都使用传感器或触发装置凭借曲轴的角距离位置去感应。具有高电压、高电流开关装置的处理电路被用来激励一个点火线圈的初极线圈，次极线圈传送是一个高压脉冲到火花塞。已知点火装置的一个缺点是所有的点火处理电路必须是射频屏蔽的，差的屏蔽导致点火装置故障或完全失效，特别是在需要微处理器的那些点火装置，高压线即火花塞线也必须屏蔽以便不影响点火处理电路以及其它电子器件，如汽车立体声音响，汽车电话等。
如上所述，感应或触发装置的存在，直接或间接感应电机曲轴的角位置，现在感应传感器是最常用的。感应传感要求在传感器上有一个变化的磁场，尽管磁通量的变化在导体上感应了一个电压，磁响应器件在此情况下却不总是感应的。一个磁场可用来影响传感器输出，输出中，磁通量的大小而非其变化引起了传感器输出变化。霍耳效应器件及其所适用的装置是磁响应固体器件的例子，他们不按照感应电压的变化率的原理进行工作，而垂直于电流流动方向的一个磁场，引起通过导体或半导体的电位的差别，这个电位差形成的电压我们称之为霍耳电压。这种霍耳电压影响的传感器的输出电压是与被传感的磁场的变化率无关的。
霍耳效应器件与感应曲柄角度的磁性装置相比，有如下优点(1)尺寸小(2)花费低(3)最少的部件(4)准确的触发响应(5)受环境影响小。
自锁霍耳效应器件提供了一个优点即时间间隔可由2个非常小的永久磁铁来确定，这种装置可与我们知道的为延长非自锁霍耳器件的响应而增加许多外部器件相比较。现有技术教导我们使用单个的霍耳器件，该霍耳效应器件是双极双输出把霍耳器件放置在一对相对应的永处磁铁之间，相同量的双磁场产生在能消除对其自身影响的霍耳效应器件上，一个带有圆盘的曲轴，该圆盘上有许多金属片以便在磁铁之间及与霍耳效应器之间分流磁场，霍耳效应器件在预置的间隔上允许器件由传感器上剩余的磁场激励，双极霍耳效应器件输出之一(取决于哪一个磁场被分流)分流传感器输出到微处理器两个输入通道之一，微处理器的相关的输出通道被引入相关的线圈驱动器、点火线圈及四汽缸中的两个缸的火花产生装置。静止时间由金属片的长度决定，即初级线圈在点火线圈中的磁场，消失之前被激励到饱和。因此在通过火药塞接地的次极线圈中，感应了高压脉冲，金属片越长，霍耳效应器件产生霍耳电压越高，霍耳电压借助某些中间电路激励初极线圈。类似的可使用单个磁铁和两个单输出霍耳效应器件，并以相同的方式运行。在上述两种情况下，传感器被用来直接感应曲轴旋转时的角位置。
因为曲轴在四冲程发动机给定的汽缸的每一个动力冲程中形成二个完整的旋转。在一个汽缸内的，一次完整的往复中，点火线圈或线圈被点燃二次。二次点火中的一次被传送于排气和进气冲程之间，此次点火没有什么益处。事实上此次点火加重了***的负担。
从现有技术中我们也知道，有一种使用非自锁霍耳效应开关以提前或延迟点火时间的固体点火装置，霍耳效应开关可以由直流偏压激励。该直流偏压由一个小的单缸磁点，火电机的旋转部件带有的永久磁铁感应在一个线圈中，在这个应用中所用的霍耳效应开关是与前面所描述的霍耳效应开关大大地不同的。
上面描述的例子可以在下述美国专利中找到，美国专利号是：4155340、4508092、4406272、5158056、5014005、4903674、3556068、2768227、4918569、5113839、3587549、2811672、3621827。此外法国专利2422044和美国专利2675415和2462491也许会引起你的兴趣。
本发明的简要描述
本发明一个主题是提供一种改进的内燃机用固体的无触点的点火装置。
本发明的进一步主题是提供一种改进的内燃机用的固体的、无触点的是点火装置，该装置结构简单、设计可靠。
本发明的另一个主题是提供一种改进的内燃机用的固体的、无触点的点火装置，该装置模块化，可以快速和容易地拆卸和更换零件。
本发明的最后一个主题是提供一种改进的内燃机用固体的、无触点的点火装置，该装置有一个简化的电磁干扰屏蔽装置。简单说本发明上述主题可以由一个装置来达到，该装置利用了感应传感原理，使用四个霍耳效应自锁集成电路，安装在凸轮轴上的两块小型永久磁铁。四个专用的集成电路线圈驱动器和二个盖住的点火组件模块。本发明的其它主题很明显地可以从下述实施例的详细描述中得到
附图简要说明
本发明将进一步通过附图进行说明。
图1是具有点火装置的四缸、四冲程内燃机前视图。
图2是本发明点火电路部件在点火组件盖中的位置的透视图。
图3是本发明的传感组件和凸轮轴磁适配器的展开侧视图。
图4是本发明传感组件电路板和凸轮轴磁适配器的前视图。
图5是本发明霍耳效应传感器电路示意图。
图6是本发明一个汽缸的完整的传感和点火单原的电原理图。
给定实施例的详细描述
参看附图，通过几个不同方向参看附图相同的参考特性指示相同的部件。特别是附图1，本发明的内燃机前视图描述了固体点火装置。传感组件SM用二个在组件SM的法兰盘上通过二个可调节的槽AS1和AS2穿过盖TC的螺钉RS1和RS2固定到时间盖TC上，松开镙钉RS1和RS2，这时施加力到固定在组件SM的盖SMC上的时间柄TT上，组件SM可以顺时针或逆时针旋转。旋转组件SM使得点火时间超前或延迟，附图1同时显示了二个点火组件FM1、3和FM2、4，准确地说附图1显示了点火组件盖MC1和MC2，MC1和MC2类似于常用阀门盖，盖住了汽缸头CH1和CH2，固定在盖MC1和MC2内的部件组成了组件FM1、3和FM2、4 FM1、3和FM2、4是相同的并可以互换，组成组件FM1、3和FM2、4的部件和功能将从附图2、5和6中解释。
现参看附图2，附图2描述了点火组件FM1、3本发明的内部组件显示在虚线框内，组件FM1、3包括一个双线圈驱动电路板CB1，二个点火线圈IC1和IC3，二个火花塞柱PT1和PT3，点火组件盖MC1，传感器输出接收端ST及部件之间的导线传导装置，导线传导装置在图2中已被省略，来自组件SM的传感器输出信号通过屏蔽导体(未画出)传输到端点ST，传感器信号从端点ST传输到电路板CB1上。电路板CB1包括二个专用的集成电路CD1和CD3。我们称之为ASIC线圈驱动器。该驱动器为线圈IC1和IC3的初级线圈提供低电平开关。电路板CB1的输出驱动线圈IC1和IC3，同时IC1和IC3依次通过高压头对两个火花塞端点(未画出)提供一个高压输出，高压头通过火花塞柱PT1和PT3固定到火花塞的端点上。高压头和火花塞端点之间的电接触是在弹性压力下保持的。上面所述的所有高压部件都被放置在盖MC1内。盖MC1与电机结构配合起来，提供电磁干扰屏蔽，该干扰屏蔽满足了世界范围对电磁兼容的要求。当组件FM1、3被适当地固定到器缸头上时(未画出)也不会破坏所说的电磁干扰屏蔽。请再一次注意组件FM2、4在本发明的实施例中与组件FM1、3是相同的并以同样的方式运行在另两个汽缸中。
参看图3，图3是凸轮轴磁适配器MA和组件SM的扩展的侧视图组件SM的电路板SB包括四个相同的自锁霍耳效应集成电路器件和相关的电路。对电路在后说明与对盖SMC说明一样与使用感应曲柄角度的其它磁装置相比，使用霍耳效应器件的优点是(1)最小的包装尺寸，(2)花费低(3)部件少(4)准确的触发响应(5)受环境影响小。
自锁霍耳效应器件的优点是时间间隔可以由二个很小的永久磁铁来确定，这是与我们知道的许多非自锁器件，由于使用了许多外部装置而导致延长响应时间相比较而言。如图所示，适配器MA固定到二个微型永久磁铁N和S上。磁铁N和S在适配器MA的外缘相互成90。角。设置在适配器MA的外缘上磁铁N和S的磁极是不同的。N是北极，S是南极。适配器MA安装在穿过盖TC的密封口的凸轮轴CS伸出的部上。如在以后的图中看到的一样，适配器MA，电路板SB和盖SMC都排列成一行，中心线对齐，在适配器的MA和电路板CB之间留有必需的运行间隙。
图4是电路板SB，适配器MA、器件HA1-HA4和相关的电路前视图，图中所示磁铁N和S相互之间成90。，磁铁N的外部是按北极排列，S的外头是按南极排列。为使凸轮轴CS以常规速度按顺时针旋转，HA1-HA4中的任何一个将在一个较短间隔内先生穿过磁铁N和S的磁场，然后再先后穿过磁铁S和N的磁场。器件HA1至HA4靠近电路板SB的内边缘相互排列成90。间隔，都有相同的相关电路，该电路在下面图5中将详细解释。
图5是安装在电路板SB的四个相同的传感电路中的一个电路的部件图。所示电路包括一个A3185E的固体自锁霍耳效应集成电路HA1和一个250Ω的电阻R1，稳压源5VS接到固体自锁霍耳效应集成电路HA1的接头1和电阻R1的一端。HA1的接头2接地，电阻R1的另一端接到HA1的输出头3上。HA1输出头3连接到点火电路(未画出)。在本实施例中，稳压源在固体自锁霍耳效应集成电路HA1的接头1端稳定在5V，该电压对HA1提供一个偏压。当固体自锁霍耳效应集成电路HA1的输出端3处于断开状态时，电阻R1被用来保持固体霍耳效应集成电路HA1的输出端3的高电压。
图6是一个汽缸的完整的感应和点火部件的电原理图带有磁铁N和S的适配器MA也画在图中，箭头所示方向为顺时针方向，在前面图5所描述的感应电路显示在本图中，即感应电路SC、ASIC CD1、VB 921ZVSP线圈驱动功率IC，该电路是SGS-THOMSON微电子公司的专利设计。整个感应电路还包括电阻R2和R3，齐纳二极管D1、二极管D2。垂直电流功率三极管Q1和集成控制电路UD1，含有初级线圈WP1的点火线圈IC1和次级线圈WSI示于图中，电容C1和C2、瞬变电压抑制器TVS1也示于图中，一个电源VS接到初线圈WP1的一端，WPI的另一端通过ASIC CD1接地。
应当理解，按照本发明参照图6的关于点火装置的运行解释也相同适用于其它地的传感器电路和点火电路。因为点火装置的运行实质上是重复的，下面的解释将假定从任意点上开始。因这个原因，我们假定按适配器MA图上箭头所示，顺时针旋转，假定，磁铁N靠近固体自锁霍耳效应集成电路HA1，磁铁N的磁场使得固体自锁霍耳效应集成电路HA1在输出端3从接地处将输出释放出来，同时5伏电压施加到输出端3上，5伏电压也被施加到ASIC线圈驱动器CD1上，使得三极管Q1截止，线圈WP1低端接地，结果，电流流过WP1，在线圈IC1中建立起磁场。在这段时间内，当器件HA1再次被相反的磁场激励之前在线圈IC1上建立起的磁场仍保持着。这个特性可区分自锁霍耳效应器件与非自锁霍耳效应器件，非自锁霍耳效应器件在缺少器件的激励场状态时，是不能保持器件的工作状态的。当磁铁S通过固体自锁霍耳效应集成电路HA1时，固体自锁霍耳效应集成电路HA1的输出端3的输出接地，三极管Q1处于断开状态，随着三极管Q1开路，在WP1中的电流停止，在线圈IC1得到的磁场突然降低，这时在次极线圈WP2感应出高电压，WP2通过火花塞接地，在火花塞电极之间产生的电弧点燃了汽缸中的负载，二极管D1和D2是电路保护管，D1提供了集电极电平箝位，D2衰减由线圈磁场和UD1放大器突然降低产生的回扫描尖峰信号，D2控制和提供了线圈电流的限制，直到磁铁N通过前面描述的循环往复的那一点时，线圈IC1才再一次激励，瞬变电压抑制器TVS1和电容C1、C2是为减少噪声而在***中选用的。
在第二个实施例中(未画出)，由高速驱动器驱动的场效应管为初级线圈提供低电平开关，应当说明，本发明给出了实施例使用的是ASIC作为线圈驱动器，但我们知道许多装置都能够为初级线圈提供低电平开关，
应当重视的是尽管本发明的磁铁相互之间的位置是90。但磁铁N和S之间的角距离确定了静止时间，对静止时间的适当的要求，应少于前述***中所实现的。此外，当活塞到达中部顶点或在距中部顶点一定的可接受的度数时，磁铁S相对应地通过，其后在很短时间点燃对应的汽缸负载，以期待一个动力冲程。因此传感器之间的角度距离应当相等，不管使用上述的***一个特定发动机中可能使用多少汽缸。应当这样理解，通过旋转相对应的凸轮轴角位置的组件SM，对于所有汽缸点火时间或者同时超前或者同时延迟。
我们已讨论了无触点、无分配器的点火装置，该装置具有许多所要求的优良品质，使用自锁霍耳效应器件能实现传感器简单排列并控制静态时间，通过感应凸轮轴的旋转位置，提供给每一个汽缸一次循环的火花只有一次而不是二次，因此减少了不必要的装置负担，这个点火装置基本上只包括四个部件：含有二个永久磁铁的非铁适配器，永久磁铁固定到穿过时间盖的密封的凸轮轴上；感应组件；二个相同的点火组件。这种模块式的设计可以容易地将部件拆装和更换，减少了维修的时间和费用，此外，因为，所有的高压部件是射频器件，由点火组件盖解决了电磁干扰的屏蔽问题。对许多部件来说，避免了单个屏蔽，减少了装置的导线，由于从外部对电路进行保护，点火组件和感应组件非常简单，只是一个固体盖。所以整个电机可以方便地从外部清洁，不影响点火装置的运行。
尽管本发明在给出的实施例中，参照附图进行了详细的描述，请注意，根据本发明可以作出各种变形和对本发明进行改进，这样的变形和改进都应落入权利要求保护范围，除非变形和改进超出了本权利要求保护范围。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1.一种电子点火装置，包括：一个周期性产生相反极性的磁场的装置；感应装置，其用于感应所说的产生的磁场第一极性和第二极性的存在，所说的感应装置包括多个自锁霍耳效应感应器件，其特征是每一个所说的霍耳效应感应器件有一个装置，该装置建立一个响应于所说的磁场的产生第一极性的存储输出信号，和输出响应于所说磁场第二极性的存储输出信号的装置，及响应于所说的被输出的输出信号产生高压点火信号的装置。
2.根据权利要求1所述的电子点火装置，其特征是所说的周期产生相反极性的磁场的装置包括一个非磁性旋转元件，该元件带有被固定、并被分隔开的相反极性的磁性单元。
3.根据权利要求2所述的电子点火装置，其特征是所说的非磁性旋转元件是一个圆盘，所说的分隔开的磁性单元在所说的圆盘上以相反极性向外排列的永久磁铁。
4.根据权利要求3所述的电子点火装置，其特征是所说的旋转元件固定到内燃机的凸轮轴上。
5.根据权利要求4所述的电子点火装置，其特征是所说的凸轮轴穿过所说的内燃机时间盖的密封。
6.根据权利要求3所述的电子点火装置，其特征是所说的自锁霍耳效应感应器件彼此相邻并绕所说的旋转元件的旋转轴圆周排列，所说的的霍耳效应感应器件进一步被设置在与所说的旋转元件相邻并平行的一个平面上。
7.根据权利要求1所述的电子点火装置，其特征是构成一个存储输出信号的装置包括一个电子增益器件。
8.一种向电子点火器件提供射频和电磁干扰屏蔽的电子点火装置，包括产生高压点火信号装置，控制所说的点火信号产生装置运行的电路装置，为所说的点火信号产生装置和电路装置提供射频和电磁干扰屏蔽的屏蔽装置，其特征是所说的点火信号产生装置和所说的电路装置整体地安装在所说的屏蔽装置的内部，所说的屏蔽装置安装在电机结构上。
9.根据权利要求8所述的电子点火装置，其特征是所说的控制电路包括一个电子增益器件和一个电子开关器件，所说的点火信号发生装置包括一个点火线圈。
10.根据权利要求9所述的电子点火装置，其特征是所说的电子开关器件是一个双极三极管。
11.根据权利要求9所述的电子点火装置，其特征是所说的电子开关器件是一个场效应三极管。
12.根据权利要求9所述的电子点火装置，其特征是所说的电子增益器件是一个集成控制电路。
13.根据权利要求8所述的电子点火装置，其特征是所说的产生电弧的装置是一个火花塞。
14.根据权利要求8所述的电子点火装置，其特征是所说的屏蔽装置包括一个盖住所说的点火信号产生装置和控制电路装置的一个单金属盖。
15.根据权利要求14所述的电子点火装置，其特征是所说的屏蔽装置包括一个汽缸头盖。
16.一个电子点火装置包括一个固定了两块相反极性的永久磁铁的非铁盘，所说的非铁盘固定到内燃机的凸轮轴上；多个自锁霍耳效应感应器件，所说的每一个霍耳效应器件在所说的旋转圆盘旋转期间感应所说的永久磁铁的一个极性，所说的多个霍耳效应感应器件在与所说的圆盘平行且相邻的平面上，绕所说圆盘的旋转轴线彼此相邻圆周排列；对应于多个感应所说的永久磁铁的感应器件极性的霍耳效应产生输出到内燃机的至少一个火花塞上高压点火信号的装置；对至少向所说的点火信号发生装置提供射频和电磁干扰屏蔽的屏蔽装置，其特征是所说的屏蔽装置安装到所说的内燃机上，所说的点火信号发生装置整体地安装在所说的屏蔽装置内。
17.根据权利要求16所述的电子点火装置，其特征是所说的电子点火装置是用于含有多个汽缸的内燃机。

Claims (17)

1、一种电子点火装置，其特征在于：包括产生相反方向的周期性磁场的旋转装置，具有一个输入和输出的自锁霍耳效应感应装置，所说的输入感应所说的磁场的出现和方向，所说的输出对应于所说的磁场方向改变电平，一直到感应了所说的相反方向的磁场前，所说的输出一直保持着所说的电平；用于输入所说的感应输出和对应所说的输出输出一个高电压的装置。
2、根据权利要求1所述的电子点火装置，其特征是所说的产生相反方向的周期性磁场装置包括一个非磁性旋转元件，该元件带有固定的并被分隔开的相反极性的磁性单元。
3、根据权利要求2所述的电子点火装置，其特征是所说的非磁性元件是一个圆盘，所说的分隔开的相反极性的磁性单元是在所说的圆盘上以相反极性向外排列的永久磁铁。
4、根据权利要求3所述的电子点火装置，其特征是所说的圆盘固定到内燃机的凸轮轴上。
5、根据权利要求4所述的电子点火装置，其特征是所说的凸轮轴穿过所说的内燃机时间盖中的密封口。
6、根据权利要求3所述的电子点火装置，其特征是所说的自锁霍耳效应感应装置以一定角度与所说的非磁性元件同心排列或调整到与相关的表面安装的霍耳器件接近同心。
7、根据权利要求1所述的电子点火装置，其特征是所说的用于输入所说的感应装置的输出和输出高电压装置包括一个电子增益器件。
8、一个电子点火装置，其特征在于：包括产生高压的装置；至少以所说的高压产生一个电弧的装置；连接所说的产生高压的装置和产生一个电弧的装置的连接装置；和对产生高压、电弧的装置和所说的连接装置提供无线电频率屏蔽的装置。
9、根据权利要求8所述的电子点火装置，其特征是所说的高压产生装置包括一个电子增益器件，一个电子开关和一个点火线圈。
10、根据权利要求9所述的电子点火装置，其特征是电子开关器件是一个功率三极管。
11、根据权利要求9所述的电子点火装置，其特征是所说的电子开关器件是一个场效应三极管。
12、根据权利要求9所述的电子点火装置，其特征是所说的电子增益器件是一个集成控制电路。
13、根据权利要求8所述的电子点火装置，其特征是所说的产生一个电弧的装置是一个火花塞。
14、根据权利要求8所述的电子点火装置，其特征是所说的提供无线电频率屏蔽装置是一个单金属盖，该金属盖下有所说的产生高压装置、产生电弧装置和连接装置。
15、根据权利要求14所述的电子点的装置，其特征是所说的单个金属盖是一个汽缸头盖。
16、一种电子点火装置，其特征在于包括：固定在一块非铁圆盘上的两块相反极性的永久磁铁，所说的非铁盘固定到凸轮轴上，所说的凸轮轴穿过时间盖内的密封口；自锁霍耳效应感应装置与所说的非铁盘同心圆周设置；有输入输出的高压产生装置，所说的输出连接到电弧产生装置上，所说的电弧产生装置是一个火花塞；无线电频率屏蔽装置，所说的无线电频率屏蔽装置屏蔽所说的高压产生装置和电弧产生装置，所说的无线电频率屏蔽装置是一个单个金属盖。
17、根据权利要求16所述的电子点火装置，其特征是所说的电子点火装置是用于有多个汽缸的内燃机。
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