點火裝置的制作方法

專利名稱：點火裝置的制作方法
背景技術：
發明所屬領域本發明屬于內燃機的點火裝置，特別是使用磁響應固態傳感器的內燃機點火裝置。
現有技術的描述由電火花點燃在內燃機混合汽體中的燃料已可以由許多種方法得到，不管該系統如何實施，總存在這基本的要求即提供和傳送高壓脈沖到火花塞，并用充足的能量在火花塞的中心電極和地電極之間產生電弧，此外，高壓脈沖需在適當的時間和以適當的脈沖持續時間被傳送到每一個火花塞上，當在一個特殊的汽缸中活塞進入一個功率沖程，在電機循環并以某種方式傳遞這個信息時，現在的點火系統一般都使用傳感器或觸發裝置憑借曲軸的角距離位置去感應。具有高電壓、高電流開關裝置的處理電路被用來激勵一個點火線圈的初極線圈，次極線圈傳送是一個高壓脈沖到火花塞。已知點火裝置的一個缺點是所有的點火處理電路必須是射頻屏蔽的，差的屏蔽導致點火裝置故障或完全失效，特別是在需要微處理器的那些點火裝置，高壓線即火花塞線也必須屏蔽以便不影響點火處理電路以及其它電子器件，如汽車立體聲音響，汽車電話等。
如上所述，感應或觸發裝置的存在，直接或間接感應電機曲軸的角位置，現在感應傳感器是最常用的。感應傳感要求在傳感器上有一個變化的磁場，盡管磁通量的變化在導體上感應了一個電壓，磁響應器件在此情況下卻不總是感應的。一個磁場可用來影響傳感器輸出，輸出中，磁通量的大小而非其變化引起了傳感器輸出變化。霍耳效應器件及其所適用的裝置是磁響應固體器件的例子，他們不按照感應電壓的變化率的原理進行工作，而垂直于電流流動方向的一個磁場，引起通過導體或半導體的電位的差別，這個電位差形成的電壓我們稱之為霍耳電壓。這種霍耳電壓影響的傳感器的輸出電壓是與被傳感的磁場的變化率無關的。
霍耳效應器件與感應曲柄角度的磁性裝置相比，有如下優點(1)尺寸小(2)花費低(3)最少的部件(4)準確的觸發響應(5)受環境影響小。
自鎖霍耳效應器件提供了一個優點即時間間隔可由2個非常小的永久磁鐵來確定，這種裝置可與我們知道的為延長非自鎖霍耳器件的響應而增加許多外部器件相比較。現有技術教導我們使用單個的霍耳器件，該霍耳效應器件是雙極雙輸出把霍耳器件放置在一對相對應的永處磁鐵之間，相同量的雙磁場產生在能消除對其自身影響的霍耳效應器件上，一個帶有圓盤的曲軸，該圓盤上有許多金屬片以便在磁鐵之間及與霍耳效應器之間分流磁場，霍耳效應器件在預置的間隔上允許器件由傳感器上剩余的磁場激勵，雙極霍耳效應器件輸出之一(取決于哪一個磁場被分流)分流傳感器輸出到微處理器兩個輸入通道之一，微處理器的相關的輸出通道被引入相關的線圈驅動器、點火線圈及四汽缸中的兩個缸的火花產生裝置。靜止時間由金屬片的長度決定，即初級線圈在點火線圈中的磁場，消失之前被激勵到飽和。因此在通過火藥塞接地的次極線圈中，感應了高壓脈沖，金屬片越長，霍耳效應器件產生霍耳電壓越高，霍耳電壓借助某些中間電路激勵初極線圈。類似的可使用單個磁鐵和兩個單輸出霍耳效應器件，并以相同的方式運行。在上述兩種情況下，傳感器被用來直接感應曲軸旋轉時的角位置。
因為曲軸在四沖程發動機給定的汽缸的每一個動力沖程中形成二個完整的旋轉。在一個汽缸內的，一次完整的往復中，點火線圈或線圈被點燃二次。二次點火中的一次被傳送于排氣和進氣沖程之間，此次點火沒有什么益處。事實上此次點火加重了系統的負擔。
從現有技術中我們也知道，有一種使用非自鎖霍耳效應開關以提前或延遲點火時間的固體點火裝置，霍耳效應開關可以由直流偏壓激勵。該直流偏壓由一個小的單缸磁點，火電機的旋轉部件帶有的永久磁鐵感應在一個線圈中，在這個應用中所用的霍耳效應開關是與前面所描述的霍耳效應開關大大地不同的。
上面描述的例子可以在下述美國專利中找到，美國專利號是4155340、4508092、4406272、5158056、5014005、4903674、3556068、2768227、4918569、5113839、3587549、2811672、3621827。此外法國專利2422044和美國專利2675415和2462491也許會引起你的興趣。
本發明的簡要描述本發明一個主題是提供一種改進的內燃機用固體的無觸點的點火裝置。
本發明的進一步主題是提供一種改進的內燃機用的固體的、無觸點的是點火裝置，該裝置結構簡單、設計可靠。
本發明的另一個主題是提供一種改進的內燃機用的固體的、無觸點的點火裝置，該裝置模塊化，可以快速和容易地拆卸和更換零件。
本發明的最后一個主題是提供一種改進的內燃機用固體的、無觸點的點火裝置，該裝置有一個簡化的電磁干擾屏蔽裝置。簡單說本發明上述主題可以由一個裝置來達到，該裝置利用了感應傳感原理，使用四個霍耳效應自鎖集成電路，安裝在凸輪軸上的兩塊小型永久磁鐵。四個專用的集成電路線圈驅動器和二個蓋住的點火組件模塊。本發明的其它主題很明顯地可以從下述實施例的詳細描述中得到附圖簡要說明本發明將進一步通過附圖進行說明。


圖1是具有點火裝置的四缸、四沖程內燃機前視圖。
圖2是本發明點火電路部件在點火組件蓋中的位置的透視圖。
圖3是本發明的傳感組件和凸輪軸磁適配器的展開側視圖。
圖4是本發明傳感組件電路板和凸輪軸磁適配器的前視圖。
圖5是本發明霍耳效應傳感器電路示意圖。
圖6是本發明一個汽缸的完整的傳感和點火單原的電原理圖。
給定實施例的詳細描述參看附圖，通過幾個不同方向參看附圖相同的參考特性指示相同的部件。特別是附圖1，本發明的內燃機前視圖描述了固體點火裝置。傳感組件SM用二個在組件SM的法蘭盤上通過二個可調節的槽AS1和AS2穿過蓋TC的螺釘RS1和RS2固定到時間蓋TC上，松開鏍釘RS1和RS2，這時施加力到固定在組件SM的蓋SMC上的時間柄TT上，組件SM可以順時針或逆時針旋轉。旋轉組件SM使得點火時間超前或延遲，附圖1同時顯示了二個點火組件FM1、3和FM2、4，準確地說附圖1顯示了點火組件蓋MC1和MC2，MC1和MC2類似于常用閥門蓋，蓋住了汽缸頭CH1和CH2，固定在蓋MC1和MC2內的部件組成了組件FM1、3和FM2、4 FM1、3和FM2、4是相同的并可以互換，組成組件FM1、3和FM2、4的部件和功能將從附圖2、5和6中解釋。
現參看附圖2，附圖2描述了點火組件FM1、3本發明的內部組件顯示在虛線框內，組件FM1、3包括一個雙線圈驅動電路板CB1，二個點火線圈IC1和IC3，二個火花塞柱PT1和PT3，點火組件蓋MC1，傳感器輸出接收端ST及部件之間的導線傳導裝置，導線傳導裝置在圖2中已被省略，來自組件SM的傳感器輸出信號通過屏蔽導體(未畫出)傳輸到端點ST，傳感器信號從端點ST傳輸到電路板CB1上。電路板CB1包括二個專用的集成電路CD1和CD3。我們稱之為ASIC線圈驅動器。該驅動器為線圈IC1和IC3的初級線圈提供低電平開關。電路板CB1的輸出驅動線圈IC1和IC3，同時IC1和IC3依次通過高壓頭對兩個火花塞端點(未畫出)提供一個高壓輸出，高壓頭通過火花塞柱PT1和PT3固定到火花塞的端點上。高壓頭和火花塞端點之間的電接觸是在彈性壓力下保持的。上面所述的所有高壓部件都被放置在蓋MC1內。蓋MC1與電機結構配合起來，提供電磁干擾屏蔽，該干擾屏蔽滿足了世界范圍對電磁兼容的要求。當組件FM1、3被適當地固定到器缸頭上時(未畫出)也不會破壞所說的電磁干擾屏蔽。請再一次注意組件FM2、4在本發明的實施例中與組件FM1、3是相同的并以同樣的方式運行在另兩個汽缸中。
參看圖3，圖3是凸輪軸磁適配器MA和組件SM的擴展的側視圖組件SM的電路板SB包括四個相同的自鎖霍耳效應集成電路器件和相關的電路。對電路在后說明與對蓋SMC說明一樣與使用感應曲柄角度的其它磁裝置相比，使用霍耳效應器件的優點是(1)最小的包裝尺寸，(2)花費低(3)部件少(4)準確的觸發響應(5)受環境影響小。
自鎖霍耳效應器件的優點是時間間隔可以由二個很小的永久磁鐵來確定，這是與我們知道的許多非自鎖器件，由于使用了許多外部裝置而導致延長響應時間相比較而言。如圖所示，適配器MA固定到二個微型永久磁鐵N和S上。磁鐵N和S在適配器MA的外緣相互成90。角。設置在適配器MA的外緣上磁鐵N和S的磁極是不同的。N是北極，S是南極。適配器MA安裝在穿過蓋TC的密封口的凸輪軸CS伸出的部上。如在以后的圖中看到的一樣，適配器MA，電路板SB和蓋SMC都排列成一行，中心線對齊，在適配器的MA和電路板CB之間留有必需的運行間隙。
圖4是電路板SB，適配器MA、器件HA1-HA4和相關的電路前視圖，圖中所示磁鐵N和S相互之間成90。，磁鐵N的外部是按北極排列，S的外頭是按南極排列。為使凸輪軸CS以常規速度按順時針旋轉，HA1-HA4中的任何一個將在一個較短間隔內先生穿過磁鐵N和S的磁場，然后再先后穿過磁鐵S和N的磁場。器件HA1至HA4靠近電路板SB的內邊緣相互排列成90。間隔，都有相同的相關電路，該電路在下面圖5中將詳細解釋。
圖5是安裝在電路板SB的四個相同的傳感電路中的一個電路的部件圖。所示電路包括一個A3185E的固體自鎖霍耳效應集成電路HA1和一個250Ω的電阻R1，穩壓源5VS接到固體自鎖霍耳效應集成電路HA1的接頭1和電阻R1的一端。HA1的接頭2接地，電阻R1的另一端接到HA1的輸出頭3上。HA1輸出頭3連接到點火電路(未畫出)。在本實施例中，穩壓源在固體自鎖霍耳效應集成電路HA1的接頭1端穩定在5V，該電壓對HA1提供一個偏壓。當固體自鎖霍耳效應集成電路HA1的輸出端3處于斷開狀態時，電阻R1被用來保持固體霍耳效應集成電路HA1的輸出端3的高電壓。
圖6是一個汽缸的完整的感應和點火部件的電原理圖帶有磁鐵N和S的適配器MA也畫在圖中，箭頭所示方向為順時針方向，在前面圖5所描述的感應電路顯示在本圖中，即感應電路SC、ASIC CD1、VB 921ZVSP線圈驅動功率IC，該電路是SGS-THOMSON微電子公司的專利設計。整個感應電路還包括電阻R2和R3，齊納二極管D1、二極管D2。垂直電流功率三極管Q1和集成控制電路UD1，含有初級線圈WP1的點火線圈IC1和次級線圈WSI示于圖中，電容C1和C2、瞬變電壓抑制器TVS1也示于圖中，一個電源VS接到初線圈WP1的一端，WPI的另一端通過ASIC CD1接地。
應當理解，按照本發明參照圖6的關于點火裝置的運行解釋也相同適用于其它地的傳感器電路和點火電路。因為點火裝置的運行實質上是重復的，下面的解釋將假定從任意點上開始。因這個原因，我們假定按適配器MA圖上箭頭所示，順時針旋轉，假定，磁鐵N靠近固體自鎖霍耳效應集成電路HA1，磁鐵N的磁場使得固體自鎖霍耳效應集成電路HA1在輸出端3從接地處將輸出釋放出來，同時5伏電壓施加到輸出端3上，5伏電壓也被施加到ASIC線圈驅動器CD1上，使得三極管Q1截止，線圈WP1低端接地，結果，電流流過WP1，在線圈IC1中建立起磁場。在這段時間內，當器件HA1再次被相反的磁場激勵之前在線圈IC1上建立起的磁場仍保持著。這個特性可區分自鎖霍耳效應器件與非自鎖霍耳效應器件，非自鎖霍耳效應器件在缺少器件的激勵場狀態時，是不能保持器件的工作狀態的。當磁鐵S通過固體自鎖霍耳效應集成電路HA1時，固體自鎖霍耳效應集成電路HA1的輸出端3的輸出接地，三極管Q1處于斷開狀態，隨著三極管Q1開路，在WP1中的電流停止，在線圈IC1得到的磁場突然降低，這時在次極線圈WP2感應出高電壓，WP2通過火花塞接地，在火花塞電極之間產生的電弧點燃了汽缸中的負載，二極管D1和D2是電路保護管，D1提供了集電極電平箝位，D2衰減由線圈磁場和UD1放大器突然降低產生的回掃描尖峰信號，D2控制和提供了線圈電流的限制，直到磁鐵N通過前面描述的循環往復的那一點時，線圈IC1才再一次激勵，瞬變電壓抑制器TVS1和電容C1、C2是為減少噪聲而在系統中選用的。
在第二個實施例中(未畫出)，由高速驅動器驅動的場效應管為初級線圈提供低電平開關，應當說明，本發明給出了實施例使用的是ASIC作為線圈驅動器，但我們知道許多裝置都能夠為初級線圈提供低電平開關，應當重視的是盡管本發明的磁鐵相互之間的位置是90。但磁鐵N和S之間的角距離確定了靜止時間，對靜止時間的適當的要求，應少于前述系統中所實現的。此外，當活塞到達中部頂點或在距中部頂點一定的可接受的度數時，磁鐵S相對應地通過，其后在很短時間點燃對應的汽缸負載，以期待一個動力沖程。因此傳感器之間的角度距離應當相等，不管使用上述的系統一個特定發動機中可能使用多少汽缸。應當這樣理解，通過旋轉相對應的凸輪軸角位置的組件SM，對于所有汽缸點火時間或者同時超前或者同時延遲。
我們已討論了無觸點、無分配器的點火裝置，該裝置具有許多所要求的優良品質，使用自鎖霍耳效應器件能實現傳感器簡單排列并控制靜態時間，通過感應凸輪軸的旋轉位置，提供給每一個汽缸一次循環的火花只有一次而不是二次，因此減少了不必要的裝置負擔，這個點火裝置基本上只包括四個部件含有二個永久磁鐵的非鐵適配器，永久磁鐵固定到穿過時間蓋的密封的凸輪軸上；感應組件；二個相同的點火組件。這種模塊式的設計可以容易地將部件拆裝和更換，減少了維修的時間和費用，此外，因為，所有的高壓部件是射頻器件，由點火組件蓋解決了電磁干擾的屏蔽問題。對許多部件來說，避免了單個屏蔽，減少了裝置的導線，由于從外部對電路進行保護，點火組件和感應組件非常簡單，只是一個固體蓋。所以整個電機可以方便地從外部清潔，不影響點火裝置的運行。
盡管本發明在給出的實施例中，參照附圖進行了詳細的描述，請注意，根據本發明可以作出各種變形和對本發明進行改進，這樣的變形和改進都應落入權利要求保護范圍，除非變形和改進超出了本權利要求保護范圍。
權利要求
1.一種電子點火裝置，其特征在于包括產生相反方向的周期性磁場的旋轉裝置，具有一個輸入和輸出的自鎖霍耳效應感應裝置，所說的輸入感應所說的磁場的出現和方向，所說的輸出對應于所說的磁場方向改變電平，一直到感應了所說的相反方向的磁場前，所說的輸出一直保持著所說的電平；用于輸入所說的感應輸出和對應所說的輸出輸出一個高電壓的裝置。
2.根據權利要求1所述的電子點火裝置，其特征是所說的產生相反方向的周期性磁場裝置包括一個非磁性旋轉元件，該元件帶有固定的并被分隔開的相反極性的磁性單元。
3.根據權利要求2所述的電子點火裝置，其特征是所說的非磁性元件是一個圓盤，所說的分隔開的相反極性的磁性單元是在所說的圓盤上以相反極性向外排列的永久磁鐵。
4.根據權利要求3所述的電子點火裝置，其特征是所說的圓盤固定到內燃機的凸輪軸上。
5.根據權利要求4所述的電子點火裝置，其特征是所說的凸輪軸穿過所說的內燃機時間蓋中的密封口。
6.根據權利要求3所述的電子點火裝置，其特征是所說的自鎖霍耳效應感應裝置以一定角度與所說的非磁性元件同心排列或調整到與相關的表面安裝的霍耳器件接近同心。
7.根據權利要求1所述的電子點火裝置，其特征是所說的用于輸入所說的感應裝置的輸出和輸出高電壓裝置包括一個電子增益器件。
8.一個電子點火裝置，其特征在于包括產生高壓的裝置；至少以所說的高壓產生一個電弧的裝置；連接所說的產生高壓的裝置和產生一個電弧的裝置的連接裝置；和對產生高壓、電弧的裝置和所說的連接裝置提供無線電頻率屏蔽的裝置。
9.根據權利要求8所述的電子點火裝置，其特征是所說的高壓產生裝置包括一個電子增益器件，一個電子開關和一個點火線圈。
10.根據權利要求9所述的電子點火裝置，其特征是電子開關器件是一個功率三極管。
11.根據權利要求9所述的電子點火裝置，其特征是所說的電子開關器件是一個場效應三極管。
12.根據權利要求9所述的電子點火裝置，其特征是所說的電子增益器件是一個集成控制電路。
13.根據權利要求8所述的電子點火裝置，其特征是所說的產生一個電弧的裝置是一個火花塞。
14.根據權利要求8所述的電子點火裝置，其特征是所說的提供無線電頻率屏蔽裝置是一個單金屬蓋，該金屬蓋下有所說的產生高壓裝置、產生電弧裝置和連接裝置。
15.根據權利要求14所述的電子點的裝置，其特征是所說的單個金屬蓋是一個汽缸頭蓋。
16.一種電子點火裝置，其特征在于包括固定在一塊非鐵圓盤上的兩塊相反極性的永久磁鐵，所說的非鐵盤固定到凸輪軸上，所說的凸輪軸穿過時間蓋內的密封口；自鎖霍耳效應感應裝置與所說的非鐵盤同心圓周設置；有輸入輸出的高壓產生裝置，所說的輸出連接到電弧產生裝置上，所說的電弧產生裝置是一個火花塞；無線電頻率屏蔽裝置，所說的無線電頻率屏蔽裝置屏蔽所說的高壓產生裝置和電弧產生裝置，所說的無線電頻率屏蔽裝置是一個單個金屬蓋。
17.根據權利要求16所述的電子點火裝置，其特征是所說的電子點火裝置是用于有多個汽缸的內燃機。
全文摘要
用于內燃機的組件式電子點火裝置使用了自鎖霍耳效應感應器件(HA1－HA4)。兩塊永久磁鐵(N,S)固定在凸輪軸(CS)的非鐵元件MA上,凸輪軸穿過時間蓋(TC)的密封口,感應組件包括霍耳效應器件(HA1－HA4),該組件圍繞磁容部件(MA)呈圓周或呈一定的角度排列并當磁鐵通過霍耳效應器件時感應磁場,靜止時間的控制是由磁鐵N和S相互之間的角度距離設置來實現的。霍耳效應器件(HA1－HA4)的輸出驅動專用集成電路(CD1)。CD1為點火線圈初級提供低電平開關,模塊化設計使得部件減少,簡化電磁干擾屏蔽和方便地拆卸和更換部件。
文檔編號F02P1/08GK1187234SQ96194589
公開日1998年7月8日 申請日期1996年6月7日 優先權日1995年6月7日
發明者納撒尼爾·勞倫斯·林斯利 申請人:國際機器公司