CN101915194A - 一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置，包括：光电编码器，其安装在发动机的凸轮轴上，用于实时采集发动机的转速同步信号和上止点信号并输出给电控单元；电控单元，与光电编码器相连接，用于根据所接收到的转速同步信号和上止点信号，利用计数器计数溢出产生的中断信号，实现发动机火花塞预设的定时跳火，并且输出多脉冲跳火控制信号给火花塞点火线圈，实现控制火花塞进行多次跳火。本发明的火花塞跳火控制装置，其不但可避免无效跳火，还可实现发动机在工作循环的压缩行程终点附近的多次跳火，跳火能量大，点火成功率高，并且跳火定时精度高，特别适于需要高点火能量的点燃式天然气发动机使用，有利于广泛的生产应用。

Description

一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置

技术领域

本发明涉及内燃机自动控制技术领域，特别是涉及一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置。

背景技术

目前，火花点火式内燃机中火花塞跳火控制技术和装置是决定其内部燃烧质量的主要因素之一，特别是在需要高能点火的发动机中，火花塞跳火性能对发动机的影响更加突出。

目前普遍采用的火花塞跳火控制技术和装置多数是利用安装于发动机曲轴上的接近开关(如霍尔传感器)，该接近开关随机器转动时每转产生一个触发信号，电控单元再依据相邻两次采集到的触发信号计算出发动机转速和发动机需要的火花塞跳火时间，并将跳火控制信号每转输出一次，由于四冲程机每个做功循环中发动机需要转两转，故除了压缩冲程需要一次跳火以外，在另一圈的排气冲程也将产生一次跳火，这一跳火是无效的，不但浪费能量，而且还会影响到火花塞的使用寿命。

另外，这种火花塞跳火控制技术是建立在发动机转速恒定的前提下，而实际的发动机各个做功循环之间及同一做功循环内不同转角位置对应的转速均是波动的，这样就造成利用两转所产生的触发信号计算出的跳火定时存在较大的角度误差，发动机性能受到不利影响。

有鉴于上述原因，长期以来科研人员都在致力于研制满足高精度跳火定时和高能跳火的装置和控制方法。精确跳火和高能跳火一直是点燃式内燃机特别是天然气发动机亟待解决的主要问题之一。据统计新生产的商用发动机中90％以上采用传统跳火控制技术，而且对在用的发动机跳火控制技术的改造也有非常广大的市场需求，因此高精度和高能量跳火控制技术和装置有着广泛的市场前景。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置，其不但可以避免无效跳火，而且还可以实现发动机在工作循环的压缩行程终点附近的多次跳火，跳火能量大，点火成功率高，并且跳火定时精度高，特别适于需要高点火能量的点燃式天然气发动机使用，有利于广泛的生产应用，因此具有重大的生产实际意义。

本发明提供的一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置，包括：

光电编码器，其安装在发动机的凸轮轴上，用于实时采集发动机的转速同步信号和上止点信号并输出给电控单元；

电控单元，与光电编码器相连接，用于根据所接收到的转速同步信号和上止点信号，利用计数器计数溢出产生的中断信号，实现发动机火花塞预设的定时跳火，并且输出多脉冲跳火控制信号给发动机火花塞点火线圈，实现控制火花塞进行多次跳火。

其中，所述光电编码器在转动过程中同时对外输出有A、B、C三个通道信号，所述C通道信号为上止点信号，所述A通道或B通道信号为发动机的转速同步信号。

其中，所述电控单元为单片机AT89S52。

其中，所述电控单元包括有计数器，根据用户预先设定的发动机燃烧需要的跳火定时，事先设置计数器初值，所述电控单元内的计数器在采集到上止点信号后，以光电编码器的上止点信号作为计数器的计数触发信号，开始对转速同步信号方波进行计数，在计数器满溢出时，等间隔产生多个火花塞跳火控制信号，跳火控制信号输出给发动机火花塞点火线圈，实现控制火花塞进行多次跳火。

其中，所述电控单元内计数器从发动机的燃烧上止点开始计数时，计数器的计数初值的计算规则公式为：65536-(360-m)*k/360；其中，m为预先设定的跳火定时对应的曲轴转角，K为光电编码器每转一周产生的转速同步信号脉冲方波个数。

其中，所述光电编码器为每转输出1440个转速同步信号方波的光电编码器，每个转速同步信号方波相对应的发动机曲柄转角为0.5度。

其中，所述电控单元在计数器溢出时以0.5ms为间隔相继输出三个中断信号作为跳火控制信号，然后发送给发动机点火线圈，触发发动机火花塞进行跳火。

其中，还包括有输入信号调理电路，设置在光电编码器和电控单元之间，用于将光电编码器发出的上止点信号和转速同步信号进行光电隔离滤波，滤掉干扰信号，并将以上两信号的电压进行调压。

其中，还包括有：

LED显示电路，与电控单元相连接，用于实时显示电控单元输出的跳火定时的角度数值；

通讯接口电路，设置在电控单元与外部计算机之间，用于电控单元与外部计算机之间的通讯，用户通过该通讯接口电路将他需要的跳火角度数值以指令形式实时传送到电控单元，实现在线调节电控单元的跳火原设定角度。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置，其不但可以避免无效跳火，而且还可以实现发动机在工作循环的压缩行程终点附近的多次跳火，跳火能量大，点火成功率高，并且跳火定时精度高，特别适于需要高点火能量的点燃式天然气发动机使用，有利于广泛的生产应用，因此具有重大的生产实际意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置的总体结构图；

图2为光电编码器的原理结构图；

图3为光电编码器输出的通道A与通道B信号的波形图；

图4为发动机气缸曲柄转角与单片机内计数器的计数对应关系示意图；

图5为本发明的火花塞跳火控制装置具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明进行说明。

图1为本发明提供的一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置的总体结构图。

参见图1，本发明提供了一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置，该装置包括光电编码器101和电控单元102，其中：

光电编码器101，其安装在发动机的凸轮轴上，用于实时采集发动机的转速同步信号和上止点信号并输出给电控单元102(即单片机)；

电控单元102，与光电编码器101相连接，用于根据所接收到的转速同步信号和上止点信号，利用计数器计数溢出产生的中断信号，实现发动机火花塞预设的定时跳火，并且输出多脉冲跳火控制信号给发动机火花塞点火线圈，实现控制火花塞进行多次跳火。

在本发明中，需要说明的是，对于四冲程发动机，它的一个工作循环由四个行程组成，按照顺序分别为吸气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个行程，理论上只有在燃烧膨胀行程初期需要跳火，实际上发动机为了提高燃烧的效率和热效率，一般在压缩冲程末期就提前跳火，以保证燃烧开始点位于压缩行程的终点位置附近，这样对提高燃烧效率和热效率有利。

鉴于发动机的性能包括输出功率即动力性、热效率和燃料消耗率即经济性和废气排放即清洁性三部分，这三种性能均受到燃烧开始点位置的影响。燃烧开始点又受到跳火开始点即跳火定时的影响。

在本发明中，需要说明的是，在发动机火花塞跳火发生的时刻，发动机气缸的曲柄与上止点之间的夹角称为跳火定时。对于发动机，活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点。

对于发动机，一般燃烧开始点设在压缩终点或称为压缩行程上止点附近的位置，这时候热效率最高，输出功最大，燃料消耗最少，对于本发明的发动机，跳火就是要保证燃烧开始点在压缩终点附近开始，这个跳火角度被称为最佳跳火定时。

需要说明的是，因为发动机跳火开始点和燃烧开始点在微秒级测量中是不同步的，即不是同时发生的。为了保证燃烧开始点在转速升高时仍能处于压缩行程终点位置，跳火开始点必须随转速升高而提前，而且转速越高火花塞进行跳火定时需要提前的角度应越大，以给火花塞和缸内混合气充分的时间完成火焰的生成。

在本发明中，发动机不用绝对时间来度量事件的发生，因为考虑到在改变工况时，发动机的转速是变化波动的，造成跳火定时的确定需考虑发动机转速的因素，在本发明中，发动机的跳火定时采用气缸的曲柄与上止点之间的夹角来度量，这样可以不考虑发动机转速变化的影响，在工程实践上更为方便、有效。

在本发明中，需要说明的是，所述光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，是目前应用最多的传感器。所述光电编码器主要由光栅盘和光电检测装置组成。在伺服系统中，由于光栅盘与发动机凸轮轴同轴，发动机旋转时，光栅盘与凸轮轴同速旋转.经过由发光二极管等电子元件组成的光电检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理结构如图2所示，因此，在本发明中，可以通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数来实时反映当前发动机的转速。

所述光电编码器101包括有A、B、C三个通道，图2中的旋转轴每转动一圈，参见图3，通道A与通道B信号是互为反向的，通道A与通道B就会对应输出固定数量的脉冲信号，若输出1440个，则表示旋转轴的每度转角会输出两个方波脉冲。另外，图3中未画出通道C在旋转轴转动一圈时只会输出一个方波脉冲，而鉴于发动机的一个工作循环只有一个燃烧上止点，两者相对应，因此在本发明中，定义该C通道信号为上止点信号，A通道或B通道信号称为发动机的转速同步信号。

需要说明的是，光电编码器安装于发动机凸轮轴上，二者同轴转动。发动机凸轮轴每转动一度，对应光电编码器也转动一度，并输出2个0-5V的脉冲方波信号，此信号为转速同步信号。对应数目是指对应发动机1度凸轮轴转角，光电编码器输出两个方波信号。

所述光电编码器101在转动过程中会同时对外输出A、B、C三个通道信号，每个光电编码器都有上述3个通道的对外输出引线，可以方便外部获得信号。在本发明中，是将所述光电编码器101采集的转速同步信号和上止点信号接到单片机(即电控单元102)的接口上，以利于单片机进行信号采集并处理。

需要说明的是，光电编码器除了用于发动机外，还可用于其他场合，如电动机转速测量等，能够用于发动机正是由于其A和C通道的信号特征与发动机的工作过程存在固定的对应关系，在发动机的一个工作循环中，凸轮轴会转动一圈，对应编码器也转动一圈。发动机一个工作循环只有1个燃烧上止点，在发动机凸轮轴上安装有光电编码器时，可以人为地将光电编码器的C通道信号与上止点对齐，这样发动机与编码器可实现同步且同相位的转动，相当于将发动机凸轮轴的转动情况实时对外输出，便于掌握发动机的转动相位，安排发动机火花塞的跳火定时。

在本发明中，具体实现上，所述电控单元102为单片机AT89S52。所述单片机内的计数器根据用户预先设定的发动机燃烧需要的跳火定时，事先设置计数初值，所述电控单元内的计数器在采集到上止点信号后(即计数器的计数触发信号为光电编码器的上止点信号)，开始对转速同步信号方波进行计数，在计数器满溢出时，等间隔产生多个火花塞跳火控制信号，跳火控制信号输出给发动机火花塞点火线圈，实现控制火花塞进行多次跳火。

在本发明中，发动机的每个循环工作需要在合适的曲柄角度即合适的定时条件下提供燃料和火花塞跳火，多循环连续工作时必须在每个循环开始时向电控单元102即单片机发出循环的开始信号，为了控制过程设计方便，采用光电编码器101的C通道信号即上止点信号来完成，而单片机此时可能正在处理其他任务，因此，在本发明中，必须依靠中断技术，强制结束其他任务，来完成跳火定时的控制任务。具体实现上，表现为单片机先运行其内部控制程序中的初始化部分，即对计数器加入计数初值，以循环方式运行数码管显示程序，等待光电编码器中角标器的上止点信号，一旦采集到此信号，将产生优先级最高的0中断，执行跳火控制程序。

在本发明中，电控单元102内控制程序的内容包括两部分，开始部分是对各计数器和端口初始化，即赋予其初始值，并以循环方式执行数码管显示程序，所加的计数器初值是凭借用户的专业技术经验预先设定跳火定时角度(以m表示角度大小)，并且在控制程序中利用下文中提到的计算计数器初值的算法公式计算得到。单片机端口一旦采集到上止点信号会立即产生中断，结束开始部分的程序，转而执行跳火控制程序，即命令计数器以计数初值为基础，开始对转速同步信号计数，由于计数初值是通过预设的点火定时角度数值并利用下文中提到的计算计数器初值的算法公式计算得到的，当计数器满，产生溢出中断时，则发动机就应该转到对应点火定时的曲柄角度，因此利用计数器满产生的溢出中断可以获得对应跳火定时的跳火信号，并将此信号送到点火线圈驱动火花塞跳火。

在本发明中，本发明的电控单元102(即单片机)在采集到发动机的上止点信号后，将产生中断信号，强行中断单片机正在处理的除跳火之外的其他任务；具体实现上，通过电控单元102即单片机内的计数器对转速同步信号进行计数，在计数器溢出时产生中断，这时发动机到达要求跳火的角度(即跳火定时)，并以0.5ms为间隔持续输出多个脉冲跳火控制信号(即中断信号)，跳火控制信号的数量优选为三个；

在本发明中，单片机内计数器在采用方式1工作时，16位计数器的计数初值的计算规则遵循公式：65536-(360-m)*k/360；其中，m设为需要的跳火定时对应的曲轴转角，计数最大值对16位计数器来讲就是2¹⁶，也就是65536，是固定的，可参见图4所示，K为光电编码器每转一周产生的转速同步信号脉冲方波个数。

需要说明的是，每一台发动机对应不同的转速和负荷都会有一个最佳的跳火定时角度，不同的发动机也会有最佳的跳火定时角度。为了方便叙述所以用m代表。对于试验阶段的发动机，最佳跳火定时是未知的，但用户可利用专业经验找到近似值，然后在发动机的实验台架上进行测试和修正，最终得到，然后在电控单元102中预先进行设定。

需要说明的是，在本发明中，单片机(MCS-51)内有两个16位可编程的定时/计数器，它们具有四种工作方式，其控制字和状态均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，就可方便地选择适当的工作方式。每个计数器由16位寄存器(TH+TL)组成，TH和TL各为8位寄存器。工作方式0是13位计数结构的工作方式，其计数器由TH的全部8位和TL的低5位构成。方式1与方式0的区别在于计数位数不同，方式1是以16位参与计数的。方式2将定时器寄存器TL配置成可自动重装载的8位计数器，寄存器TL计数溢出时，可自动把寄存器TH中的内容重装载到TL中，TH内容可靠软件预置，重装载后TH内容不变。方式3可使计数器1保持原有的计数值，可使计数器0的寄存器(TH+TL)成为两个相互独立的8位计数器。

在本发明中，当单片机计数器(16位)工作在方式1时，在接到计数的开始信号(即光电编码器输出的上止点信号)前，预设计数初值(大于0小于65536)，随后在接到光电编码器输出的C通道信号(即上止点信号)时，每次A通道产生一个脉冲方波(即向外输出一个转速同步信号)，计数器加1，其计数值达到65536时，计数器满，会产生溢出中断信号，然后计数器重新装入计数初值。

如图4所示，当计数器从A点(即上止点)开始计数，凸轮轴沿顺时针方向转动，计数器计数到B点结束，并要求在计数器溢出时产生中断信号，这时表示发动机已经到达要求跳火的角度(即跳火定时)，图4中的m为B点到A点的角度，因此计数初值的公式为65536-(360-m)*k/360。

需要说明的是，m为跳火定时角度，公式“65536-(360-m)*k/360”的作用是将角度转化为计数器数值。(360-m)*k/360为当采集到上止点信号开始，直到计数结束，计数器所计方波数的总数，65536为计数器最大计数数值，加1后会产生溢出，所以“65536-(360-m)*k/360”是计数器计数的起始数值，即计数初值。

可见，16位计数器工作是从上止点信号出现开始，并且从计数初值开始计数，直到计数器满达到65536，再计数就产生溢出中断，此时正好是发动机曲轴转到离上止点m角度的时刻，即跳火定时角度时刻。

需要说明的是，计数器有两个参数，计数初值和最大值，计数初值是告诉计数器从哪个数值开始数数，最大值是计数的最大值，计数器在收到计数指令后，从初值开始计数，每检测到一个方波信号，计数器就加1，当计数器加到最大值后，再加1时超出计数器计数范围，此现象称为溢出。这时计数器会重新装入计数初值，同时输出一个信号告诉外部，计数器已满，此信号即为溢出信号(即上述中断信号)。

对于本实用新型的单片机，其在发动机的每个工作循环产生一个跳火信号，定时地等间隔输出三个跳火信号，则在一个工作循环中的跳火总能量得到增加，有利于提高火花塞点燃发动机缸内燃料的能力。

理论上跳火次数越多，跳火能量越高，点燃缸内燃料的成功率越高。但是考虑到发动机的热效率和功率，燃烧始点的位置应位于压缩行程上止点附近，而每次跳火后再跳火时需要赋予点火的电磁线圈一定的充电时间，受两者限制，点火次数不可能太多，因此，具体实现上，本发明设置一个工作循环中进行跳火的次数最大值是3次。在发动机的一个工作循环中在规定间隔时间给同一个点火电磁线圈输出三个放电信号，即能产生3次火花塞跳火信号，其作用是增加发动机每个工作循环中的跳火总能量，提高诸如天然气等需要高能点燃的燃料的点火成功率。

具体实现上，光电编码器依型号不同，每转动一周，A通道输出的方波数不同，考虑到本发明中光电编码器101的A通道输出的转速同步信号方波用于计算曲柄转角大小(即曲柄与上止点的夹角大小)，为了便于计算，本发明选择360的倍数，即输出的方波数是转动角度的整数倍，具体实现上，同时为了提高控制精度，选择每转一周可以产生1440个方波的光电编码器型号最好。

对于本发明，根据最大要输出3个跳火信号，并收到燃烧始点位置的限制，最末次的跳火应该位于上止点右侧10度转角以内，首次跳火应位于上止点左侧20度以内，按照发动机每分钟1000个循环计算，0.5ms对应的跳火间隔角度为：(0.5*720/1000)/(60/1000)＝6度。因此0.5ms对应发动机每转动6度跳火一次。

跳火定时精度是指控制跳火定时角度的最小数值，单片机计数是以光电编码器的转速同步信号进行的，发动机凸轮轴每转动一度，对应光电编码器也转动一度，当设定光电编码器每转输出1440个方波(即转速同步信号)，每个方波(即转速同步信号)相对应的曲轴转角为0.5度(需要说明的是，由于四冲程发动机曲轴与凸轮轴转动不同步，具体讲，曲轴转两圈凸轮轴只转一圈，由于1/4＝0.25对应的是凸轮轴转角，所以换算到曲轴转角应该是0.5)。因此单片机1个计数单位对应0.5度曲轴转角，控制精度为0.5度曲轴转角。

对于单片机而言，所述上止点信号是单片机内计数器开始计数的触发信号，所述转速同步信号是计数开始后计数用的方波，每个转速同步信号方波，计数器计数值加1。直至计数器满溢出为止。

参见图5，具体实现上，本发明的火花塞跳火控制装置还包括有：

输入信号调理电路，设置在光电编码器和电控单元之间，用于将光电编码器发出的上止点信号和转速同步信号进行光电隔离滤波，滤掉干扰信号，并将以上两信号的电压调理到0～5伏直流电压。对于本发明，输入/输出信号调理电路可通过三集管搭建稳压电路，并通过光电耦合器件实现控制系统与输入信号通道和输出信号通道的电信号隔离，避免干扰电压的影响。

复位电路，用于在单片机出现死机的情况下重新上电起动，恢复单片机的初始数值。

按键去抖电路，用于按键在开关过程中产生跳动，造成多次闭合现象，通过此电路每次按键动作只产生1次闭合，输出一个信号。按键去抖电路的原理是利用双稳态电路特性，按键短时间内出现抖动时由于电压波动，造成“与非”门电路输出为0，只有抖动消失，产生的电压稳定在高电位，输出才是1，这样单片机收到1信号才执行按键程序，即跳火定时角度加1或者减1。

以上电路均为单片机信号输入通道用电路。

LED显示电路，利用数码管集成电路实现，与电控单元相连接，用于实时显示电控单元(单片机)输出的点火定时角度数值，为十进制两位数字，用于现场操作人员了解当前点火定时状态。

信号输出调理电路，用于将多脉冲电路输出信号进行光电隔离，以防外界干扰信号进入单片机控制系统，并将信号电压调理到0--5伏直流电压。

通讯接口电路，设置在电控单元与外部计算机之间，用于单片机与外部的计算机之间通讯，现场人员可利用计算机通讯程序通过通讯接口电路将需要的跳火角度数值以指令形式实时传送到单片机，在线调节单片机跳火原设定角度。此方式为遥控方式。按键电路是在机旁实现单片机跳火原设定角度的改变。设置两套跳火定时设定方式是出于系统安全性考虑。

电源隔离模块，用于将单片机与给其供电的外接电源隔离，以防电源干扰信号进入控制系统。电源隔离电路是利用市场上成熟的产品DC-DC隔离开关电源实现的。其原理是利用变压器原理组成输入级和输出级，输入级接外部直流电源，依靠电磁效应输出级会产生对应关系的直流电压，由于输出级与输入级两侧的电路断开，故可将外部干扰滤掉，这也是变压器的工作特性之一。

需要说明的是，对于本发明，多脉冲产生是利用单片机内的3个计数器获得的，预设初值后，计数器触发信号为光电编码器的上止点信号。每当计数器满溢出时即产生中断信号，此信号即可作为跳火控制信号。

需要说明的是，现有的火花塞跳火设计都是依靠安装于曲轴上的接近开关，接近开关的功能是在曲轴每转一周产生一个脉冲方波，此信号可作为上止点信号，用于确定跳火角度。由于接近开关装在曲轴上，故每转产生1次跳火信号，而四冲程发动机每两转才完成一次做功循环，因此必有一圈的转动中跳火对发动机点火燃烧是没有用的，称为无效跳火。如上所说，本发明产生的多脉冲跳火控制信号(3个跳火控制信号)的作用是依靠增加每个循环的有效跳火次数，加强每个循环跳火总能量，提高点火成功率。换句话说，传统的火花塞跳火设计一个工作循环虽然跳火2次，但两次跳火分别对应两个工作行程，即压缩行程终点附近和排气行程终点附近，显然排气行程的跳火是无用的，造成能量浪费。本发明的跳火控制是在一个需要进行跳火的工作行程，即压缩行程终点附近跳火3次，且每次都对发动机点火燃烧有用，从而有效地提高每个工作循环的跳火总能量。

现有的火花塞跳火设计都是依靠安装于曲轴上的接近开关，接近开关的功能是在曲轴每转一周产生一个脉冲方波，此信号可作为上止点信号，单片机依靠连续采集的2个脉冲方波信号，就能够算出发动机转动角速度和跳火定时角度，并在发动机第2个工作循环中使用这一跳火定时角度。前提条件是发动机必须保持转速稳定。若转速波动，则依靠2个方波信号算出的跳火定时角度，由于2个方波信号的间隔时间发生变化，造成定时角度计算出现偏差。本发明的跳火定时角度的计算是依靠对光电编码器输出的A通道信号进行计数得来，与发动机的转速波动无关，故本发明的跳火定时准确，大大 提高了发动机火花塞跳火定时的精度。

具体实现上，对于本发明，也可通过PC上位机以通讯方式将需要的跳火定时信号重新写入单机片内相应的计数器来改变多脉冲输出信号(即多脉冲的中断信号)的定时。

需要说明的是，PC上位机与单片机采用串行异步通讯方式完成二者信息交换。在本发明中，只需实现PC上位机向单片机送出跳火定时的角度数值。预先搭建PC机与单片机的硬件接口电路，并编写单片机端和PC机端的通讯程序。硬件电路是利用单片机的串行口和PC机的串行口COM1进行串口通讯，核心是利用MAX232芯片实现TTL电平与232电平转换。软件编程需规定传输数据时的相关参数：串行口采用模式1工作，即标准的10位异步通信方式，10位数据和PC机的标准串口相对应，由串口控制寄存器SCON设置波特率为1200b/s，信息格式：8位数据，1位停止位，无奇偶校验；传送方式：PC机采用查询方式接收数据，8051采用中断方式接收，查询方式发送；校验方式：累加和校验；握手信号：采用软件握手。发送方在发送之前先发送一个联络信号(用“？”的ASC II码，接收方接到“8”号后回送一个“？”号作为回应信号)，随后依次发送数据块长度(字节数)，发送数据，最后发送校验和。收方在收到发送方发过来的校验和自己所累加的校验和比较，相同则发送一个“0”，表示正确传送并结束本次的通信。

对于本发明，具体实现上，PC上位机可以利用串口数据通讯方式能够在较远距离实现对单片机内负责跳火信号角度设置的计数器更改其计数初值。此外，还可利用单片机控制板上设置的按键操作对用于负责跳火信号角度设置的计数器计数初值进行调节。分别设置两个按键，代表加1和减1操作，这样每按一次则跳火信号角度就增加一度或减小一度。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供了一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置，其不但可以避免无效跳火，而且还可以实现发动机在工作循环的压缩行程终点附近的多次跳火，跳火能量大，点火成功率高，并且跳火定时精度高，特别适于需要高点火能量的点燃式天然气发动机使用，有利于广泛的生产应用，因此具有重大的生产实际意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于转速同步信号的火花塞跳火控制装置，其特征在于，包括：

光电编码器，其安装在发动机的凸轮轴上，用于实时采集发动机的转速同步信号和上止点信号并输出给电控单元；

电控单元，与光电编码器相连接，用于根据所接收到的转速同步信号和上止点信号，利用计数器计数溢出产生的中断信号，实现发动机火花塞预设的定时跳火，并且输出多脉冲跳火控制信号给发动机火花塞点火线圈，实现控制火花塞进行多次跳火。

2.如权利要求1所述的火花塞跳火控制装置，其特征在于，所述光电编码器在转动过程中同时对外输出有A、B、C三个通道信号，所述C通道信号为上止点信号，所述A通道或B通道信号为发动机的转速同步信号。

3.如权利要求1所述的火花塞跳火控制装置，其特征在于，所述电控单元为单片机AT89S52。

4.如权利要求1所述的火花塞跳火控制装置，其特征在于，所述电控单元包括有计数器，根据用户预先设定的发动机燃烧需要的跳火定时，事先设置计数器初值，所述电控单元内的计数器在采集到上止点信号后，以光电编码器的上止点信号作为计数器的计数触发信号，开始对转速同步信号方波进行计数，在计数器满溢出时，等间隔产生多个火花塞跳火控制信号，跳火控制信号输出给发动机火花塞点火线圈，实现控制火花塞进行多次跳火。

5.如权利要求4所述的火花塞跳火控制装置，其特征在于，所述电控单元内计数器从发动机的燃烧上止点开始计数时，计数器的计数初值的计算规则公式为：65536-(360-m)*k/360；其中，m为预先设定的跳火定时对应的曲轴转角，K为光电编码器每转一周产生的转速同步信号脉冲方波个数。

6.如权利要求4所述的火花塞跳火控制装置，其特征在于，所述光电编码器为每转输出1440个转速同步信号方波的光电编码器，每个转速同步信号方波相对应的发动机曲柄转角为0.5度。

7.如权利要求4所述的火花塞跳火控制装置，其特征在于，所述电控单元在计数器溢出时以0.5ms为间隔相继输出三个中断信号作为跳火控制信号，然后发送给发动机火花塞点火线圈，触发发动机火花塞进行跳火。

8.如权利要求1所述的火花塞跳火控制装置，其特征在于，还包括有输入信号调理电路，设置在光电编码器和电控单元之间，用于将光电编码器发出的上止点信号和转速同步信号进行光电隔离滤波，滤掉干扰信号，并将以上两信号的电压进行调压。

9.如权利要求8所述的火花塞跳火控制装置，其特征在于，还包括有：

LED显示电路，与电控单元相连接，用于实时显示电控单元输出的跳火定时的角度数值m；

通讯接口电路，设置在电控单元与外部计算机之间，用于电控单元与外部计算机之间的通讯，用户通过该通讯接口电路将他需要的跳火角度数值以指令形式实时传送到电控单元，实现在线调节电控单元的跳火原设定角度。

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