专利名称：汽油机点火闭合角自动控制点火器的制作方法
技术领域：
本方案属于内燃机点火技术领域，尤其涉及一种摩托车直流点火电路。
背景技术：
为方便计，本案内容将主要以摩托车为背景叙述，但不以此限制其适用范围。点火器对摩托车发动机有重要的控制作用，出于对摩托车的动力，效率和排放性能的追求，传统的交流点火器已越来越多地被直流点火器所替代。目前已出现多种由传统电子电路构成或结合有单片机的直流点火器。对直流点火器中的电感点火器，需使高压包初级线圈通过电流以使作为储能器的该初级电感线圈获得能量。高压包每次通电需持续一定时间，该段时间对应磁电机或发动机或分电器等旋转周期内的角度，称闭合角。本质上仍是时间或时值，其起讫点则是时刻。点火能量的大小反映在电感线圈的电流上，需在点火前使其达到一次点火所需的值。过高或过低都会影响点火性能，使整车性能变差，同时浪费能源，折损电池。高压包初级(电感线圈)需在点火时刻到来前为即将实施的点火准备足够的能量，并以保持稳态电流的代价等待点火时刻到来。由于电感储能是一个过渡过程，且电池和高压包的状态影响点火能量的积蓄速度，而转速等因素又影响点火时刻，导致为保证点火前高压包能准备好足够的能量，对高压包初级的充电必须早早地开始，并在保持稳态电流的状态下等待点火时刻到来。等待时消耗的功率很大，其耗能通常都会较大地或常成倍超过点火实际所需。特别是对摩托车，过度的耗能还使高压包发热，电池折损大，常导致电池亏电。直流电感式点火器因此不能在摩托车上获得大面积推广。而直流电感式点火器有点火能量大，火花持续时间长等优势，特别是很适合新型发动机的需求。但现有技术下，其优势因耗能大不能很好发挥，这明显不利于摩托车技术经济性能的发展提高。点火闭合角自动控制是指将闭合角参数在程序控制下动态修正到节能和使点火能量或点火电压恒定的状态。
发明内容
对特定制品，点火能量的大小主要决定于电感线圈的电流，需在点火前使其达到一次点火所需的值。过高或过低都会影响点火性能，使整车性能变差。电感线圈(高压包初级)为保持能量而持续通电，致使大量浪费能源，折损电池。成为电感式直流点火器现有技术耗能大的主要不合理因素。这一重大缺点产生的原因在于前述的电池电压可能的变化， 环境及时间变化对高压包参数的影响及制造的不一致性等因素，使现有技术无法动态地确定点火周期内电感线圈(高压包初级线圈)通电储能的精确的起讫时刻，特别是难以做到通电终了时刻与点火时刻无缝衔接，以避免无谓的高耗能。现有技术用硬件如磁电机的触发机构或用软件预先设计的规则来控制闭合角，这种控制具有预先确定的特征，不再据效果做出修正，属开环控制，缺少对实际运行参数的跟踪及修正功能。而为避免闭合角与点火提前角配合失当，不得不以较长的耗能等待提供闭合角控制与点火时刻间配合，即以牺牲能耗效率来确保点火能量，因而均不能达到令人满意的节能效果。由此可见，如不能将闭合角依据相关设备的运行状态作在线调节，在总体上，点火器消耗的能量会明显多于点火需要，致使虚耗电池能量，并可能导致电池亏电，这是现有技术不可避免的。同时，能量过度消耗，使高压包容易发热。电池亏电可导致点火电压均衡性这一重要指标下降，也影响了点火器性能。这种技术现状严重制约了直流电感式点火器的应用，也不利于摩托车整体技术的提高。本方案动态地确定点火周期内高压包初级线圈通电储能的精确的起讫时刻，特别是保持通电终了时刻与点火时刻的无缝连接或合理衔接，以减少或消除无谓的高耗能，达到节能和使点火电压恒定，及点火系统稳定可靠地运行。以磁电机旋转周期即点火周期为周期，逐次对点火能量的提供和需求作平衡控制，动态地确定点火周期内电感线圈(高压包初级线圈)通电储能的精确的起讫时刻，特别是保持通电终了时刻与点火时刻的合理衔接，避免无谓的高耗能并能实施恒压点火，为此目的而设计的新电路构造及其实运行过程，形成汽油机点火闭合角自动控制点火器。汽油机点火闭合角自动控制点火器组成见图1，包括脉冲整形电路，控制电路，驱动电路，高压包，开关电路，采样电路，转换电路，另可选电池监测等功能电路。控制电路可为一单片机电路，有多个输入输出口。脉冲整形电路连接外部一至多通道触发脉冲信号，其一至多通道脉冲整形输出接控制电路，控制电路的一个输出端连接驱动电路，驱动电路的输出端连接开关电路的控制端。高压包内有初级低压和次级高压线圈，其中次级线圈的高压输出端接火花塞，初级线圈的输入端接电池正极，另一端接开关电路的功率输入端或称c，开关电路的功率输出端或 e接采样电路的电流输入端，采样电路电流流出端作为采样电路的接地端，也即将初级线圈电流接地。采样电路的采样输出端接转换电路的输入(采样电路的采样输出端可同时为采样电路的电流输入端)。转换电路的输出接控制电路的又一个输入端。当转换电路集成于控制电路，采样电路的采样信号输出接控制电路相应输入端。控制电路据从脉冲整形信号获得的信息，适时经驱动电路操控开关电路使高压包初级从电池储能或经高压包次级向外 (火花塞)放电。采样电路对高压包经开关电路入地的电流值即高压包初级线圈电流采样， 并由转换电路转换为控制电路的逻辑信号或数字量信号连接到控制电路。开关电路也可采用其他具开关功能的电子电路，驱动电路相应配合。本案中属现有技术部分，电路设计原则均可继承，不制于有限的表述。控制电路结合来自脉冲整形电路当前点火周期或磁电机旋转周期内各时间相关参数如转速，点火提前角等的信息和经转换电路获得的采样信息，包括初级线圈电流值及其由设计确定的该电流达标值到达时刻，动态地确定点火周期内电感线圈(高压包初级线圈)通电储能的精确的起讫时刻及点火时刻，特别是保持通电终了时刻与点火时刻的无缝连接或合理衔接。通过对高压包初级电流和采样电路电阻的设计取值，以一定的电流使高压包能产生符合要求的电压和能量，同时在采样电路上达到相应的电位，该电位刚好使转换电路即模拟比较器的输出逻辑值变化或使模数转换达到设定值，该变化由控制电路以中断或查询的方式接收，优选中断方式。本案电路及相关原理完全适用汽车摩托车多气缸发动机点火，并依设计不同，会产生多路驱动及驱动信号的分配电路或多路取样电路，也会产生多路点火输出或分配。总之，采用局部电路并列应用或局部的多路构造，以及为此添加电路构造及数据与信号流程及因其他目的添加电路构造，数据与信号流程，尽管在形式上可表现复杂，包含本案构造或相应功能的全部，是对方案的完全采纳。汽车摩托车常配备有电子控制单元或称ECU，本案部分电路可被纳入其中或与其中的电路功能合并，例如控制电路，其功能可以由ECU中的电路来担负。本案的电路构造或功能可以分布于车辆的电气或电控系统。本方案也完全适用于更复杂的应用。增加爆震传感器及测氧，测压，测角度，测温电路，就能实现点火参数的多因素调节。本案的有益效果表现在可最大程度减小电感线圈耗能等待，降低点火器多余能耗并使点火电压或每次点火能量恒定。现有技术以高耗能态等待点火时刻到来的重大缺点得以消除，系统电池和发动机及发电机(磁电机等)负担减轻。可避免点火系统因无谓耗能而过热及电池亏电。提高了点火系统及车辆运行的可靠性，并可设计出更好的高压包，进一步改善点火。即使在不设置电池监测电路的情况下，闭合角起讫点的自动调节(控制)，也能最大限度地补偿电池电压的变化，利于点火电压保持恒定。对摩托车，该点火器能耗瓶颈的消除，除更新现有电感点火技术，大量取代CDI点火器外，采用新燃烧技术的发动机的优势更能得到发挥。
图1是汽油机点火闭合角自动控制点火器方案简2是实例1的电路图
图3是实例2的电路4是脉冲整形电路一例
具体实施例方式实例1 所涉标准电路或常用电路的绘制和说明均简略。电路组成见图2，包括脉冲整形电路，控制电路，驱动电路，高压包，开关电路，采样电路，转换电路，电池监测等功能电路。控制电路可为一单片机电路，有多个输入输出口，至少包括开关量输入口 IN1，IN2，等，开关量输出口 OUTl等，内部比较器输入口 CMPl等，内部模数转换输入口 A/D1等，其中CMPl后还具有可编程内部比较基准，A/D1也具有可编程基准电压。单片机PIC12F615及相近系列是可供选择的。脉冲整形电路连接外部可选的一至多通道触发脉冲信号或轮询多通道，其一至多通道脉冲整形输出接控制电路，例中给出二个通道至控制电路，是同一交变信号的正负半波整形输出通道，见图4。控制电路的二个输入口 IN1，IN2接收之。控制电路的一个输出端OUTl连接驱动电路，驱动电路是驱动达林顿管的电路，包括三极管Tl电路加强驱动及三极管T2限制初级线圈电流，该限制电路可选。驱动电路的输出连接开关电路达林顿管 (2SD1071等)的控制端或b。高压包Bl内有初级低压和次级高压线圈，其中次级线圈的高压输出端外接火花塞，初级线圈的输入端接电池正极，另一端接开关电路达林顿管的功率输入端或C，开关电路的功率输出端或e接采样电路的电流输入端，采样电路电流流出端作为采样电路的接地端，也即将初级线圈电流接地。采样电路的采样输出端(例中该端同时为采样电路的电流输入端)接转换电路的输入端，本例该端为控制电路的CMPl端，转换电路即模拟比较器电路及其可编程比较基准电压则包含在控制电路内，将采样电路的模拟信号转换为逻辑信号，因此，逻辑上或功能上该转换电路仍独立存在，如图2该电路虚线框所示，将控制电路内担负这一转换功能的电路，作为一个独立的转换电路。控制电路据从脉冲整形信号获得的信息，适时经驱动电路操控开关电路使高压包初级从电池储能或经高压包次级向外(火花塞)放电。采样电路采用单个电阻。控制电路一个A/D输入口 A/D1接电池监测电路。某些单片机的模拟比较器内部不设比较基准电压，可在其外部设置，接入相应端□。当外部触发脉冲为霍尔信号等与TTL逻辑相近信号时，脉冲整形电路可采用图4 的一个通道接至控制电路，也可采用更简单的信号隔离，整形或连接电路。而当外部提供的触发脉冲为TTL电平等逻辑信号以致可以由控制电路直接接收时，应当认为提供该触发脉冲信号的设备已包含了脉冲整形电路，即点火器该电路被移到了触发脉冲发生器中，无论所提及的电路形式是否明确呈现。该原则也适用于其他局部电路，即局部电路可以由功能等效体现。控制电路结合来自脉冲整形电路当前点火周期或磁电机旋转周期内各时间相关参数如转速，点火提前角等的信息和经转换电路获得的采样信息，包括初级线圈电流值及其由设计确定的该电流达标值到达时刻，动态地确定点火周期内电感线圈(高压包初级线圈)通电储能的精确的起讫时刻及点火时刻，特别是保持通电终了时刻与点火时刻的无缝连接或合理衔接。若初级线圈电流达标值到达时刻过早，则需通过程序延迟到达时刻。当某种原因使线圈电流值不能达标或过迟达标，可将通电时刻提前。这一调节也可补偿电池电压变化对点火电压的影响，使点火电压在电池电压大于例如9V时保持恒定。通过对高压包初级电流和采样电路电阻的设计取值，以一定的电流使高压包能产生符合要求的电压和能量，同时在采样电路上达到相应的电位，该电位刚好使转换电路即模拟比较器的输出逻辑值变化或使模数转换达到设定值，该变化由控制电路以中断或查询的方式接收。实例2:汽油机点火闭合角自动控制点火器。电路组成见图3，与例1相比，较大的区别是使用独立的运放组成的模拟比较器即转换电路。脉冲整形电路及与控制电路的连接画法简化，以适于灵活应用。三极管Tl电路被省略，改为电阻和二极管直接驱动，是可选的用法。单片机可选用AT89C2051，其他大多数单片机均可，电池监测电路未选。设采样电阻Ry上的电压以0. 5V达标，则转换电路模拟比较器的基准电压可设为0. 5V。当Ry上采样电压达到或超过0.5V，转换电路输出变化，使单片机中断。这一解释也适用于实例1。本例其余解释参考实例1。
权利要求
1.一种汽油机点火闭合角自动控制点火器，包括脉冲整形电路(1)，控制电路(2)，驱动电路(3)，高压包(4)，开关电路(5)，所述脉冲整形电路的输入外接触发脉冲信号，其输出接所述控制电路的输入，该控制电路的一个输出口连接所述驱动电路，该驱动电路的输出连接所述开关电路的控制端，所述高压包初级线圈的输入端接电池，其输出端接所述开关电路的功率输入端，其特征是还有采样电路(61)，转换电路(62)，所述采样电路的电流输入端接所述开关电路的功率输出端，该采样电路的电流输出端接地，其采样信号输出端接所述转换电路的输入端，所述转换电路的输出接所述控制电路的又一个输入端口，当所述转换电路集成于所述控制电路时，所述采样电路的采样信号输出接所述控制电路相应输入端，所述高压包次级线圈高压输出端外接火花塞，所述控制电路据所述脉冲整形电路及所述转换电路或所述采样电路的信息调整对所述高压包的储能及点火时刻控制。
2.根据权利要求1，一种汽油机点火闭合角自动控制点火器，其特征在于，所述转换电路(62 )，采用模拟比较器或模数转换器。
全文摘要
本发明涉及一种汽油机点火闭合角自动控制点火器。直流电感点火器，需将高压包初级线圈通过电流使之获得能量。现有技术用硬件如磁电机的触发机构或用软件预先设计的规则来控制闭合角，这种控制具有预先确定的特征，缺少对实际运行参数的跟踪及修正功能。需以耗能等待作为闭合角控制与点火时刻间配合的裕余。设置采样电路检测高压包初级电流的大小及达标时刻,控制电路结合来自脉冲整形电路当前点火周期或磁电机旋转周期内各时间相关参数如转速，点火提前角等的信息和经转换电路获得的采样信息，动态地确定点火周期内高压包初级线圈通电储能的精确的起讫时刻及点火时刻，特别是保持通电终了时刻与点火时刻的无缝连接或合理衔接,以节能和使点火电压恒定。
文档编号F02P5/145GK102425524SQ201110294319
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者曹杨庆 申请人:曹杨庆