点火控制系统 本发明涉及内燃机的点火控制系统。
用于汽车的点火系统有多种类型。例如，如图11所示，一些用于控制四冲程内燃机的点火系统在引擎速度超过一个预定的高速度NR(例如7000rpm)时延迟点火时间，以减小引擎功率，限制引擎速度。应该理解到，在低于高引擎速度NR的一个引擎速度范围，使点火以一最大提前点火角(Spark advance angle)DF发生，而当引擎速度超过预置高速度NR时，点火时间被延迟，直至达到最小提前点火角DS。在双冲程引擎中也可采用这样的点火时间的延迟，以在高引擎速度范围获得所希望的点火。
尽管这样的控制可通过CDI系统的控制电路中的CPU以数字控制的形式来实现，但这将导致控制电路的复杂化和费用的提高。
鉴于现有技术中的这样地问题，本发明的首要任务是提供一种低成本的内燃机点火控制系统，该系统可在预定的高引擎速度范围完成提前点火角延迟控制。
本发明的另一目的是借助于使用CR电路和比较器提供一种点火控制系统。
本发明的再一目的是提供一种能更精确地控制提前点火角的点火控制系统。
本发明的又一目的是提供一种可用于点火 应以最小提前点火角发生的引擎速度范围的点火控制系统。
本发明的再一目的是提供一种节省功率的点火控制系统。
为实现上述目的，本发明提供一种内燃机点火控制系统，包括：
通过产生一个与最大提前点火角相关的最大点火角信号，以及一个与最小提前点火角相关的最小点火角信号而限定提前点火角的可能控制范围的装置；
一个第一电路，具有一个输出端，该电路用于在其输出端产生一个信号电平变化，以在提前点火角的上述可能控制范围内产生一点火信号；
一个第二电路，用于禁止第一电路输出端的信号电平变化，直至达到一提前点火角，该提前点火角按照引擎速度超出一预定引擎速度的增加而被从最大提前点火角延迟。
本发明的其他目的、特征和优点见于下文描述。
下面结合附图详细说明本发明。
图1是按照本发明的点火系统的示意电路框图，该系统适用于摩托车的四冲程引擎；
图2是图1中的功率供应电路块5的电路图；
图3是图1中的闸流管触发电路块6的电路图；
图4是图1中的脉冲信号输入电路块8的电路图；
图5是图1中的脉冲控制电压脉冲发生电路块9的电路图；
图6是图1中的提前点火角控制电路块10的电路图；
图7是图1中的比较器功率供应电路块11的电路图；
图8是图1中的提前点火角延迟电路块12的电路图；
图9是表示控制电路中不同点的波形的时间图；
图10是表示按照本发明的、引擎速度高于预定值NR时不同点的波形的时间图；
图11表示传统的点火定时特性。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
图1是根据本发明的点火系统的示意电路框图，适用于摩托车的四冲程引擎。由激励线圈1向该系统的控制电路2的EXT端子提供一个信号，该信号被二极管D1整流成正半周波形。正半周波形信号对可有选择地由闸流管SCR放电的主电容器C1充电。主电容器C1的放电电流通过端子IGN提供给点火线圈系统3的初级线圈，从而由与点火线圈系统3的次级线圈相连的火花塞4产生点火。
提供给EXT端子的信号同时通过功率供应电路块5供给闸流管触发电路块6。该闸流管触发电路块6控制闸流管SCR的控制极。
在控制电路2的端子PC上连有一脉冲器线圈7，该线圈在每个最大提前点火角和最小提前点火角产生一个脉冲信号，这些角限定了提前点火角的可能控制的范围。由脉冲器线圈7产生的脉冲信号通过端子PC供给控制电路2中的产生用于限定提前点火角的可控范围的信号的脉冲器信号输入电路块8。具体地说，由电路块8把所产生的相应于最大点火提前角的脉冲形的最大点火提前角信号送到脉冲器控制电压脉冲发生电路块9，由电路块8把所产生的相应于最小提前点火角的脉冲形最小提前点火角信号输入电路块9和提前点火角控制电路块10。
脉冲器控制电压脉冲发生电路块9产生的脉冲器控制电压脉冲信号的脉宽相应于提前点火角的可控范围。该脉冲器控制电压脉冲信号被输入提前点火角控制电路块10和比较器功率供应电路块11。电路块10向闸流管触发电路块6提供一提前点火角控制信号，该触发电路响应该提前点火角控制信号向闸流管SCR提供一触发信号(或点火信号)。
提前点火角延迟电路块12与提前点火角控制电路块10并联。由上述脉冲信号输入电路块8输出的最小提前点火角信号(图中节点C处的信号)，以及由上述脉冲控制电压脉冲发生电路块9输出的脉冲控制电压脉冲信号(图中节点D处的信号)也输入给电路块12。如下面将详述的那样，提前点火角延迟电路块12的输出端连接提前点火角控制电路块10。电路块10和12均由比较器功率供应电路块11供给功率。
现在参考图2至图8，下面将详述每个电路块。功率供应电路块5的结构如图2所示。该电路块5有一恒压端子，用于向控制电路2的每一电路提供电压Vcc。
闸流管触发电路块6的结构见图3。该电路块6包括一三极管Q1它在接到从提前点火角控制电路块10发出的提前点火角控制信号时接通。当三极管Q1接通时，向闸流管SCR提供一个闸流管触发信号。
脉冲器信号输入电路块8的结构参见图4。在本实施例中，由脉冲器线圈7输出的最大提前点火角脉冲信号为正信号，而由脉冲器线圈7输出的最小提前点火角脉冲信号为负信号。最大提前点火角脉冲信号将三极管Q2接通，而最小提前点火角脉冲信号将三极管Q3接通。三极管Q2的接通信号传送给脉冲控制电压脉冲发生电路块9，作为最大提前点火角信号，另一方面，三极管Q3的接通信号传送给电路块9和10，作为最小提前点火角信号。
如图5所示，在脉冲器控制电压脉冲发生电路块9中，三极管Q4、Q5、Q6和Q7形成一触发电路。当三极管Q4被由接通脉冲信号输入电路块8的三极管Q2产生的最大提前点火角信号导通时，三极管Q5导通。结果使三极管Q7导通，三极管Q7导通的信号与上述脉冲控制电压脉冲信号一样同时输入给提前点火角控制电路块10和比较器功率供应电路块11。当三极管Q6被由接通三极管Q3产生的最小提前点火角信号导通时，三极管Q7截止，从而切断脉冲控制电压脉冲信号的输出。
提前点火角控制电路块10的结构见图6。脉冲器信号输入电路块8中的三极管Q3输出的最小提前点火角信号将电路块10中的三极管Q8导通。这将使电容器C2充分充电(至电压Vcc)。然后，当三极管Q8截止时，电容器C2开始经电阻R1放电。另一方面，脉冲器控制电压脉冲发生电路块9的三极管Q7的导通信号通过三极管Q9将三极管Q10导通，并同时导通三极管Q11。当三极管Q11截止时，电容器C3通过由电阻R2和R3构成的分压器被充电至电压Vd。当导通三极管Q11时，电容器C3通过电阻R4被放电。
电容器C2、C3的电压被输入提前点火角提前比较器CP1。比较器CP1输出的一低电平信号通过三极管Q12将三极管Q13导通，而三极管Q13的输出信号继续输入到闸流管触发电路块6。
比较器功率供应电路块11的结构见图7。脉冲器控制电压脉冲发生电路块9中的三极管Q7导通信号将三极管Q14导通，而它又将三极管Q15导通。这将使三极管Q20导通。这样，控制功率供应电压Vcc通过三极管Q20提供给提前点火角控制电路块10中的比较器CP1。
用于在一预置高引擎速度范围内延迟点火时间的电路块12的结构如图8所示。节点C处的低电平信号将三极管Q16导通，对电容器C5进行充电。三极管Q16截止后，电容器C5以与电阻R5有关的一个第一时间常数放电，接着，当节点D的高电平信号导通三极管Q17时，电容器C5以一个第二时间常数放电，由于加上了电阻R6，该时间常数小于第一时间常数。
节点I的信号，即与充电的电容器C5两端的电压有关的电位，被提供给提前点火角延迟比较器CP2。由电阻R7和R8构成的分压器输出的参考电压Uj也输入到比较器CP2。当比较器功率供应电路块11中的三极管Q15接通时，控制功率供应电压Vcc通过三极管Q18提供给比较器CP2，三极管Q18响应输入至提前点火角延迟电路块12的信号而被导通。比较器CP2的输出端连至提前点火角控制电路块10中的节点K。当节点I的信号大于参考电压Uj时，比较器CP2的输出端为低信号电平，迫使电路块10中的三极管Q13截止，防止触发信号(或点火信号)的产生，从而延迟点火时间。
现在参考图9和图10的波形说明上述结构的控制电路2的运行。由激励线圈1产生的基本上为正弦波的信号提供给端子EXT，同时由脉冲器线圈7在每个最大和最小提前点火角产生的脉冲信号提供给端子PC。在本实施例中，当在节点A观察时，脉站信号当与最大提前点火角相关时为正，而当与最小提前点火角相关时为负，如图9中最上面的波形所示。
节点A处的脉冲信号输入至脉冲器输入电路块8并被整形，电路块8输出的与最大提前角相关的整形脉冲信号如节点B处的波形所示，与最小提前角相关的整形脉冲信号如节点C处的波形所示。节点B和C的信号继续输入到产生一矩形波的脉冲器控制电压脉冲发生块9，在本实施例中，该矩形波在每个最大提前角上升，而在每个最小提前角下降，如图9中节点D的波形所示。
节点D处的高电平信号提供给提前点火角控制电路块10，将电路块10中的三极管Q9和Q11导通，而三极管Q9将三极管Q10导通。节点D处的高电平信号也提供给比较器功率供应电路块11并将其激励。这样，比较器功率供应电路块11在相应于节点D处的高电平信号宽度的时间内工作，通过三极管Q20将常压Vcc传给提前点火角控制电路块10中的比较器CP1，使比较器CP1工作。这样，比较器只有在节点D处产生信号时才工作。
下面结合图9说明图6中节点E和F处的信号。这些信号是比较器CP1的输入信号。
在节点D处的高电平信号的上升沿，节点E处的电位开始以由电容器C2和电阻R9决定的时间常数上升。当节点D处的高电平信号消失时，三极管Q10断开。接着，节点C处的低电平脉冲信号接通三极管Q8，在短时间内将电容器C2充分充电至常压Vcc。当节点C处的低电平信号消失后，电容器C2通过电阻R1放电，使节点E处的电位逐渐降低，直至节点D处的下一个高电平信号导通三极管Q10，如图9所示。
在节点D处的高电平信号使三极管Q11导通期间，电容器C3放电，节点F处的电位从预定值Vd下降。当节点D处的高电平信号消失时，节点F处的电位开始以由电容器C3和电阻R2和R3决定的时间常数增加，返回至所述预置电位Vd。
按上述方式改变的节点E和F处的信号输入到比较器CP1。如图9所示，当节点E处的信号电平超过节点F处的信号电平时，比较器CP1将节点G置于低电位L。
由于提前点火角提前比较器CP1是由比较器功率供应电路块11提供的电压激励的，当节点D处的高电平信号消失时，即当达到可能的提前点火角控制范围的末端时，比较器CP1间断工作，并且节点G的电位返回原始大小，如图9所示。当节点G被比较器CP1置于低信号电平时，三极管Q13导通，三极管Q13导通的信号被送到闸流管触发电路块6，导通电路块6中的三极管Q1。
如上所述，当三极管Q1导通时，主电容器C1有选择地被闸流管SCR放电，放电电流通过端子IGN提供给点火线圈系统3的初级线圈，从而由连接至点火线圈系统3的次级线圈的火花塞4产生点火。
以这种方式，节点E和F处的电位曲线的一个交点确定预定引擎速度范围上的一个点火时间(提前点火角)。对节点E处的信号电平变化来说，随着引擎速度的增加，当放电较少时就开始充电，如图中节点E的虚线波形所示。这导致一个更提前的点火时间Ti。相反地，当引擎速度减小时，放电时间变长，导致一个较小的提前点火时间Ti。
当引擎速度较高使节点E处的波形位于节点F处的波形之上时，如图10上两波形所示，比较器CP1与最大提前点火角信号DF同时地将节点G置于低电平，导通三极管Q12，以在最大提前点火角DF产生点火信号。
下面说明根据本发明的控制引擎速度超过一预置高速NR时的情况。在引擎速度超过预置高速NR的情况下，节点E处的信号电平在任何时间均高于节点F处的信号，如上所述。根据本发明，提前点火角延迟电路块12可将提前点火角控制电路块10中的节点K保持在低信号电平，以防止接通电路块10中的三极管Q13，否则，晶体管Q13将被接通而在最大提前点火角DF产生点火信号。
具体地，提前点火角延迟电路块12中的比较器CP2的输出端连至提前点火角控制电路块10中的节点K。如上所述，电路块12中的电容器C5响应节点C和D处的信号进行充放电。与电容器C5两端电压相联系的节点I处的信号，以及参考电压Vj输入至比较器CP2。只要节点I的信号大于参考电压Vj，比较器CP2就将其输出端保持在低信号电平。在节点I处的信号曲线与参考电压Vj相交的点(由图10中的Ti标记)，比较器CP2不再将其输出端保持在低信号电平，使节点K的电位升高以接通电路块10中的三极管Q13，从而在已延迟的提前点火角产生点火。
当引擎速度增加时，节点I处的信号电平变高，如图10中的虚线所示。这使节点I处的信号和参考电压Vj的交点靠近最小提前点火角DS，产生更为延迟的点火时间。这样，当引擎速度超过预置速度NR时点火时间被延迟。因为点火并未完全停止，避免了功率的突然减小，从而可获得平滑的功率控制。
当引擎速度更高使节点I的信号不小于参考电压时，比较器CP2在其工作的整个时间内将节点K保持在低信号电平。根据本发明，在本实施例中有一硬触发(hard-trigger)电路块13，如图8所示。该硬触发电路块13含有一三极管Q19，它由节点C处的低电平信号(最小提前点火角信号)导通。三极管Q19导通的信号将提前点火角控制电路块10中的三极管Q13导通，从而在最小提前点火角DS产生一点火信号。这样，在高于高引擎速度范围的速度范围，随着引擎速度的增加提前点火角逐渐被延迟，控制点火时间以保持最小提前点火角DS，从而获得好的引擎功率控制。
如上所述，在这一电路中，当节点D处产生高电平信号时，节点I处的信号的放电时间常数变小，使节点I处的信号在较大的角与参考电压Vj相交，从而可在高引擎速度范围获得精确的提前点火角延迟控制。
此外，由于比较器CP2通过三极管Q18被供以控制功率供应电压Vcc，而三极管Q18由比较器功率供应电路块11输出的信号接通，因而比较器CP2只在相应于提前点火角的可能控制范围的时间内才被驱动，从而消除了不必要的功率消耗，节省了电能。
因此，根据本发明，通过比较一CR电路的放电波形与一参考电压来实现在高于一预置高速的高引擎速度范围对提前点火角延迟的控制，从而通过运用一包括CR电路和一比较器的简单电路实现了在高引擎速度范围对引擎功率的控制，因而节约了费用。