專利名稱：汽油機點火閉合角自動控制點火器的制作方法
技術領域：
本方案屬于內燃機點火技術領域，尤其涉及一種摩托車直流點火電路。
背景技術：
為方便計，本案內容將主要以摩托車為背景敘述，但不以此限制其適用范圍。點火器對摩托車發動機有重要的控制作用，出于對摩托車的動力，效率和排放性能的追求，傳統的交流點火器已越來越多地被直流點火器所替代。目前已出現多種由傳統電子電路構成或結合有單片機的直流點火器。對直流點火器中的電感點火器，需使高壓包初級線圈通過電流以使作為儲能器的該初級電感線圈獲得能量。高壓包每次通電需持續一定時間，該段時間對應磁電機或發動機或分電器等旋轉周期內的角度，稱閉合角。本質上仍是時間或時值，其起訖點則是時刻。點火能量的大小反映在電感線圈的電流上，需在點火前使其達到一次點火所需的值。過高或過低都會影響點火性能，使整車性能變差，同時浪費能源，折損電池。高壓包初級(電感線圈)需在點火時刻到來前為即將實施的點火準備足夠的能量，并以保持穩態電流的代價等待點火時刻到來。由于電感儲能是一個過渡過程，且電池和高壓包的狀態影響點火能量的積蓄速度，而轉速等因素又影響點火時刻，導致為保證點火前高壓包能準備好足夠的能量，對高壓包初級的充電必須早早地開始，并在保持穩態電流的狀態下等待點火時刻到來。等待時消耗的功率很大，其耗能通常都會較大地或常成倍超過點火實際所需。特別是對摩托車，過度的耗能還使高壓包發熱，電池折損大，常導致電池虧電。直流電感式點火器因此不能在摩托車上獲得大面積推廣。而直流電感式點火器有點火能量大，火花持續時間長等優勢，特別是很適合新型發動機的需求。但現有技術下，其優勢因耗能大不能很好發揮，這明顯不利于摩托車技術經濟性能的發展提高。點火閉合角自動控制是指將閉合角參數在程序控制下動態修正到節能和使點火能量或點火電壓恒定的狀態。
發明內容
對特定制品，點火能量的大小主要決定于電感線圈的電流，需在點火前使其達到一次點火所需的值。過高或過低都會影響點火性能，使整車性能變差。電感線圈(高壓包初級)為保持能量而持續通電，致使大量浪費能源，折損電池。成為電感式直流點火器現有技術耗能大的主要不合理因素。這一重大缺點產生的原因在于前述的電池電壓可能的變化， 環境及時間變化對高壓包參數的影響及制造的不一致性等因素，使現有技術無法動態地確定點火周期內電感線圈(高壓包初級線圈)通電儲能的精確的起訖時刻，特別是難以做到通電終了時刻與點火時刻無縫銜接，以避免無謂的高耗能。現有技術用硬件如磁電機的觸發機構或用軟件預先設計的規則來控制閉合角，這種控制具有預先確定的特征，不再據效果做出修正，屬開環控制，缺少對實際運行參數的跟蹤及修正功能。而為避免閉合角與點火提前角配合失當，不得不以較長的耗能等待提供閉合角控制與點火時刻間配合，即以犧牲能耗效率來確保點火能量，因而均不能達到令人滿意的節能效果。由此可見，如不能將閉合角依據相關設備的運行狀態作在線調節，在總體上，點火器消耗的能量會明顯多于點火需要，致使虛耗電池能量，并可能導致電池虧電，這是現有技術不可避免的。同時，能量過度消耗，使高壓包容易發熱。電池虧電可導致點火電壓均衡性這一重要指標下降，也影響了點火器性能。這種技術現狀嚴重制約了直流電感式點火器的應用，也不利于摩托車整體技術的提高。本方案動態地確定點火周期內高壓包初級線圈通電儲能的精確的起訖時刻，特別是保持通電終了時刻與點火時刻的無縫連接或合理銜接，以減少或消除無謂的高耗能，達到節能和使點火電壓恒定，及點火系統穩定可靠地運行。以磁電機旋轉周期即點火周期為周期，逐次對點火能量的提供和需求作平衡控制，動態地確定點火周期內電感線圈(高壓包初級線圈)通電儲能的精確的起訖時刻，特別是保持通電終了時刻與點火時刻的合理銜接，避免無謂的高耗能并能實施恒壓點火，為此目的而設計的新電路構造及其實運行過程，形成汽油機點火閉合角自動控制點火器。汽油機點火閉合角自動控制點火器組成見圖1，包括脈沖整形電路，控制電路，驅動電路，高壓包，開關電路，采樣電路，轉換電路，另可選電池監測等功能電路。控制電路可為一單片機電路，有多個輸入輸出口。脈沖整形電路連接外部一至多通道觸發脈沖信號，其一至多通道脈沖整形輸出接控制電路，控制電路的一個輸出端連接驅動電路，驅動電路的輸出端連接開關電路的控制端。高壓包內有初級低壓和次級高壓線圈，其中次級線圈的高壓輸出端接火花塞，初級線圈的輸入端接電池正極，另一端接開關電路的功率輸入端或稱c，開關電路的功率輸出端或 e接采樣電路的電流輸入端，采樣電路電流流出端作為采樣電路的接地端，也即將初級線圈電流接地。采樣電路的采樣輸出端接轉換電路的輸入(采樣電路的采樣輸出端可同時為采樣電路的電流輸入端)。轉換電路的輸出接控制電路的又一個輸入端。當轉換電路集成于控制電路，采樣電路的采樣信號輸出接控制電路相應輸入端。控制電路據從脈沖整形信號獲得的信息，適時經驅動電路操控開關電路使高壓包初級從電池儲能或經高壓包次級向外 (火花塞)放電。采樣電路對高壓包經開關電路入地的電流值即高壓包初級線圈電流采樣， 并由轉換電路轉換為控制電路的邏輯信號或數字量信號連接到控制電路。開關電路也可采用其他具開關功能的電子電路，驅動電路相應配合。本案中屬現有技術部分，電路設計原則均可繼承，不制于有限的表述。控制電路結合來自脈沖整形電路當前點火周期或磁電機旋轉周期內各時間相關參數如轉速，點火提前角等的信息和經轉換電路獲得的采樣信息，包括初級線圈電流值及其由設計確定的該電流達標值到達時刻，動態地確定點火周期內電感線圈(高壓包初級線圈)通電儲能的精確的起訖時刻及點火時刻，特別是保持通電終了時刻與點火時刻的無縫連接或合理銜接。通過對高壓包初級電流和采樣電路電阻的設計取值，以一定的電流使高壓包能產生符合要求的電壓和能量，同時在采樣電路上達到相應的電位，該電位剛好使轉換電路即模擬比較器的輸出邏輯值變化或使模數轉換達到設定值，該變化由控制電路以中斷或查詢的方式接收，優選中斷方式。本案電路及相關原理完全適用汽車摩托車多氣缸發動機點火，并依設計不同，會產生多路驅動及驅動信號的分配電路或多路取樣電路，也會產生多路點火輸出或分配。總之，采用局部電路并列應用或局部的多路構造，以及為此添加電路構造及數據與信號流程及因其他目的添加電路構造，數據與信號流程，盡管在形式上可表現復雜，包含本案構造或相應功能的全部，是對方案的完全采納。汽車摩托車常配備有電子控制單元或稱ECU，本案部分電路可被納入其中或與其中的電路功能合并，例如控制電路，其功能可以由ECU中的電路來擔負。本案的電路構造或功能可以分布于車輛的電氣或電控系統。本方案也完全適用于更復雜的應用。增加爆震傳感器及測氧，測壓，測角度，測溫電路，就能實現點火參數的多因素調節。本案的有益效果表現在可最大程度減小電感線圈耗能等待，降低點火器多余能耗并使點火電壓或每次點火能量恒定。現有技術以高耗能態等待點火時刻到來的重大缺點得以消除，系統電池和發動機及發電機(磁電機等)負擔減輕。可避免點火系統因無謂耗能而過熱及電池虧電。提高了點火系統及車輛運行的可靠性，并可設計出更好的高壓包，進一步改善點火。即使在不設置電池監測電路的情況下，閉合角起訖點的自動調節(控制)，也能最大限度地補償電池電壓的變化，利于點火電壓保持恒定。對摩托車，該點火器能耗瓶頸的消除，除更新現有電感點火技術，大量取代CDI點火器外，采用新燃燒技術的發動機的優勢更能得到發揮。
圖1是汽油機點火閉合角自動控制點火器方案簡2是實例1的電路圖
圖3是實例2的電路4是脈沖整形電路一例
具體實施例方式實例1 所涉標準電路或常用電路的繪制和說明均簡略。電路組成見圖2，包括脈沖整形電路，控制電路，驅動電路，高壓包，開關電路，采樣電路，轉換電路，電池監測等功能電路。控制電路可為一單片機電路，有多個輸入輸出口，至少包括開關量輸入口 IN1，IN2，等，開關量輸出口 OUTl等，內部比較器輸入口 CMPl等，內部模數轉換輸入口 A/D1等，其中CMPl后還具有可編程內部比較基準，A/D1也具有可編程基準電壓。單片機PIC12F615及相近系列是可供選擇的。脈沖整形電路連接外部可選的一至多通道觸發脈沖信號或輪詢多通道，其一至多通道脈沖整形輸出接控制電路，例中給出二個通道至控制電路，是同一交變信號的正負半波整形輸出通道，見圖4。控制電路的二個輸入口 IN1，IN2接收之。控制電路的一個輸出端OUTl連接驅動電路，驅動電路是驅動達林頓管的電路，包括三極管Tl電路加強驅動及三極管T2限制初級線圈電流，該限制電路可選。驅動電路的輸出連接開關電路達林頓管 (2SD1071等)的控制端或b。高壓包Bl內有初級低壓和次級高壓線圈，其中次級線圈的高壓輸出端外接火花塞，初級線圈的輸入端接電池正極，另一端接開關電路達林頓管的功率輸入端或C，開關電路的功率輸出端或e接采樣電路的電流輸入端，采樣電路電流流出端作為采樣電路的接地端，也即將初級線圈電流接地。采樣電路的采樣輸出端(例中該端同時為采樣電路的電流輸入端)接轉換電路的輸入端，本例該端為控制電路的CMPl端，轉換電路即模擬比較器電路及其可編程比較基準電壓則包含在控制電路內，將采樣電路的模擬信號轉換為邏輯信號，因此，邏輯上或功能上該轉換電路仍獨立存在，如圖2該電路虛線框所示，將控制電路內擔負這一轉換功能的電路，作為一個獨立的轉換電路。控制電路據從脈沖整形信號獲得的信息，適時經驅動電路操控開關電路使高壓包初級從電池儲能或經高壓包次級向外(火花塞)放電。采樣電路采用單個電阻。控制電路一個A/D輸入口 A/D1接電池監測電路。某些單片機的模擬比較器內部不設比較基準電壓，可在其外部設置，接入相應端□。當外部觸發脈沖為霍爾信號等與TTL邏輯相近信號時，脈沖整形電路可采用圖4 的一個通道接至控制電路，也可采用更簡單的信號隔離，整形或連接電路。而當外部提供的觸發脈沖為TTL電平等邏輯信號以致可以由控制電路直接接收時，應當認為提供該觸發脈沖信號的設備已包含了脈沖整形電路，即點火器該電路被移到了觸發脈沖發生器中，無論所提及的電路形式是否明確呈現。該原則也適用于其他局部電路，即局部電路可以由功能等效體現。控制電路結合來自脈沖整形電路當前點火周期或磁電機旋轉周期內各時間相關參數如轉速，點火提前角等的信息和經轉換電路獲得的采樣信息，包括初級線圈電流值及其由設計確定的該電流達標值到達時刻，動態地確定點火周期內電感線圈(高壓包初級線圈)通電儲能的精確的起訖時刻及點火時刻，特別是保持通電終了時刻與點火時刻的無縫連接或合理銜接。若初級線圈電流達標值到達時刻過早，則需通過程序延遲到達時刻。當某種原因使線圈電流值不能達標或過遲達標，可將通電時刻提前。這一調節也可補償電池電壓變化對點火電壓的影響，使點火電壓在電池電壓大于例如9V時保持恒定。通過對高壓包初級電流和采樣電路電阻的設計取值，以一定的電流使高壓包能產生符合要求的電壓和能量，同時在采樣電路上達到相應的電位，該電位剛好使轉換電路即模擬比較器的輸出邏輯值變化或使模數轉換達到設定值，該變化由控制電路以中斷或查詢的方式接收。實例2:汽油機點火閉合角自動控制點火器。電路組成見圖3，與例1相比，較大的區別是使用獨立的運放組成的模擬比較器即轉換電路。脈沖整形電路及與控制電路的連接畫法簡化，以適于靈活應用。三極管Tl電路被省略，改為電阻和二極管直接驅動，是可選的用法。單片機可選用AT89C2051，其他大多數單片機均可，電池監測電路未選。設采樣電阻Ry上的電壓以0. 5V達標，則轉換電路模擬比較器的基準電壓可設為0. 5V。當Ry上采樣電壓達到或超過0.5V，轉換電路輸出變化，使單片機中斷。這一解釋也適用于實例1。本例其余解釋參考實例1。
權利要求
1.一種汽油機點火閉合角自動控制點火器，包括脈沖整形電路(1)，控制電路(2)，驅動電路(3)，高壓包(4)，開關電路(5)，所述脈沖整形電路的輸入外接觸發脈沖信號，其輸出接所述控制電路的輸入，該控制電路的一個輸出口連接所述驅動電路，該驅動電路的輸出連接所述開關電路的控制端，所述高壓包初級線圈的輸入端接電池，其輸出端接所述開關電路的功率輸入端，其特征是還有采樣電路(61)，轉換電路(62)，所述采樣電路的電流輸入端接所述開關電路的功率輸出端，該采樣電路的電流輸出端接地，其采樣信號輸出端接所述轉換電路的輸入端，所述轉換電路的輸出接所述控制電路的又一個輸入端口，當所述轉換電路集成于所述控制電路時，所述采樣電路的采樣信號輸出接所述控制電路相應輸入端，所述高壓包次級線圈高壓輸出端外接火花塞，所述控制電路據所述脈沖整形電路及所述轉換電路或所述采樣電路的信息調整對所述高壓包的儲能及點火時刻控制。
2.根據權利要求1，一種汽油機點火閉合角自動控制點火器，其特征在于，所述轉換電路(62 )，采用模擬比較器或模數轉換器。
全文摘要
本發明涉及一種汽油機點火閉合角自動控制點火器。直流電感點火器，需將高壓包初級線圈通過電流使之獲得能量。現有技術用硬件如磁電機的觸發機構或用軟件預先設計的規則來控制閉合角，這種控制具有預先確定的特征，缺少對實際運行參數的跟蹤及修正功能。需以耗能等待作為閉合角控制與點火時刻間配合的裕余。設置采樣電路檢測高壓包初級電流的大小及達標時刻,控制電路結合來自脈沖整形電路當前點火周期或磁電機旋轉周期內各時間相關參數如轉速，點火提前角等的信息和經轉換電路獲得的采樣信息，動態地確定點火周期內高壓包初級線圈通電儲能的精確的起訖時刻及點火時刻，特別是保持通電終了時刻與點火時刻的無縫連接或合理銜接,以節能和使點火電壓恒定。
文檔編號F02P5/145GK102425524SQ201110294319
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者曹楊慶 申請人:曹楊慶