CN102278255A - 小型汽油机电子点火控制系统 - Google Patents

Abstract

小型汽油机电子点火控制系统，属于发动机自动控制技术领域。包括电控单元的输出端连接点火执行器，其特征在于：设置节气门位置传感器和点火基准信号传感器，电控单元分析处理得到该工况下的点火提前角，采用同一定时器阵列的两个定时器模块实现点火控制，其中一个定时器模块利用其捕捉中断功能由所述点火基准信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能输出点火控制信号和闭合角控制信号，控制点火执行器依据该工况下的点火提前角实施点火。本发明不需要改变传统点火系统的点火触发信号，便能够实现最优的点火过程，所提供的点火控制方法简单且易于实现，简化了控制器结构，降低了成本，特别适于小型单缸汽油发动机。

Description

小型汽油机电子点火控制系统

技术领域

本发明属于发动机自动控制技术领域，涉及一种用于小型汽油机的电子点火控制系统，特别是一种用于小型单缸四冲程发动机电子点火控制系统。

背景技术

面对能源紧缺、排放控制法规日益苛刻以及对动力性要求不断提高的局面，如何实现高效率、高动态性能的发动机控制是当前亟待解决的问题。采用电子点火技术可以有效的降低发动机的排放，提高发动机性能。鉴于目前在摩托车使用电子点火的发展趋势，对摩托车四冲程汽油机电子点火系统进行了研究。摩托车发动机属于小排量汽油机，以单缸、风冷、或强制风冷机型为主。与汽车发动机相比，具有体积小、结构紧凑、高转速(最高转速可达10000rpm)、体积功率大、相对负荷高、运转工况不稳定等特点。因此四冲程摩托车发动机电子点火系统也有着不同的要求和特点，本着完善功能、提高性能、降低成本、提高可靠性的原则，在控制排放的研究目标下，对小型汽油机的电子点火控制系统进行了研究。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种小型汽油机电子点火控制系统，以精确控制发动机在各个工况的点火提前角，从而提高发动机输出功率、降低燃油消耗、减小排放污染、降低开发成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：小型汽油机电子点火控制系统，包括发动机，电控单元和点火执行器，电控单元的输出端连接点火执行器，其特征在于：

发动机的节气门体设置节气门位置传感器，发动机的磁电机上设置点火基准信号传感器，节气门位置传感器输出端和点火基准信号传感器的输出端分别连接电控单元的输入端；电控单元接收发动机的工况信号，分析处理得到该工况下的点火提前角，采用同一定时器阵列的两个定时器模块实现点火控制，其中一个定时器模块利用其捕捉中断功能由所述点火基准信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能输出点火控制信号和闭合角控制信号，控制点火执行器依据该工况下的点火提前角实施点火。

本系统不使用单独的转速信号传感器，电控单元接收来自发动机磁电机线圈的点火基准信号，对该点火基准信号进行处理后，计算获得发动机转速，并根据该点火基准信号控制点火执行器实施点火。仅需要同一定时器阵列的两个定时器模块，就可以实现发动机转速测量并同时实现点火控制、闭合角控制，提高准确性，其实现简单方便，运行成本得到有效控制。

其中优选方案是：

所述的点火基准信号传感器由磁电机的触发线圈采集信号，通过施密特滤波电路和光电隔离电路将点火脉冲信号处理成方波信号输入电控单元，通过计算获得发动机转速。从磁电机线圈采集信号，简单直接，节约设备和空间，对信号处理提高准确度。

所述的节气门位置传感器的输出端通过低通滤波电路连接电控单元，采集节气门位置信号通过低通滤波电路的处理后输入电控单元进行处理，电控单元的输出端通过光电隔离电路、功率驱动电路连接点火执行器。

所述的电控单元分析处理发动机的工况信号，控制点火执行器依据该工况下的点火提前角实施点火，包括以下步骤：

步骤S01、判断是否是定时器阵列定时器溢出中断：是则，进行步骤S02；否则，进行步骤S03；

步骤S02、将定时器溢出中断标志位清零，将转速为零的标志位置1，将发动机转动周期寄存器的值设为#0ffffh，进行步骤S13；

步骤S03、判断是否是定时器模块0高速输出中断：是则，进行步骤S04；否则，进行步骤S06；

步骤S04、清捕捉/比较模块0的中断标志位，进行步骤S05；

步骤S05、判断点火信号输出端口引脚是否出现下降沿：是则，表明点火线圈初级线圈通电，进行步骤S13；否则，表明初级线圈断电，点火线圈的次级线圈感应高压电击穿火花塞电极而点火，进行步骤S07；

步骤S06、判断是否是定时器模块3的捕捉中断：是则进行步骤S08；否则，进行步骤S13；

步骤S07、清进位标志位C；置点火闭合角控制时间常数，进行步骤S13；

步骤S08、清定时器模块3的捕捉/比较中断标志位；将定时器阵列计数寄存器清零；进行步骤S09；

步骤S09、将根据点火提前角MAP图查表获得点火提前角控制常数C4，赋给模块0的捕捉/比较寄存器，进行步骤S10；

步骤S10、判断是不是第一次读转动周期：是则，进行步骤S11；否则，进行步骤S12；

步骤S11、不读周期，清第一次读转动周期标志位，进行步骤S13；

步骤S12、存储捕捉的转动周期的低字节；存储捕捉的转动周期的高字节，进行步骤S13；

步骤S13、中断返回。

该步骤完成对信号的处理，以便于操作。

本发明小型汽油机电子点火控制系统所具有的有益效果是：通过在发动机的节气门体设置节气门位置传感器，发动机的磁电机上设置点火基准信号传感器，节气门位置传感器输出端和点火基准信号传感器的输出端分别连接电控单元的输入端；电控单元接收发动机的工况信号，分析处理得到该工况下的点火提前角，采用同一定时器阵列的两个定时器模块实现点火控制，其中一个定时器模块利用其捕捉中断功能由所述点火基准信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能输出点火控制信号和闭合角控制信号，控制点火执行器依据该工况下的点火提前角实施点火，提高发动机输出功率、降低燃油消耗、减小排放污染、降低开发成本。

本发明可以实现：

1)电控单元根据发动机转速以及节气门位置所提供的发动机的工况信息，控制点火提前角，实现最优的点火控制。

2)不需要改变传统点火系统的点火触发信号，电控单元接收来自磁电机线圈的点火基准信号，对该点火基准信号进行处理后控制点火执行器实施点火。

3)不使用单独的转速信号传感器，电控单元接收来自发动机磁电机线圈的点火基准信号，对该点火基准信号进行处理后，计算获得发动机转速。

4)所提供电子点火控制方法仅需要同一定时器阵列的两个定时器模块，就可以实现发动机转速测量并同时实现点火控制、闭合角控制，其实现简单方便，成本得到有效控制。

本发明不仅可以提高小型单缸汽油机的整机性能，而且可以在车用多缸汽油机上推广使用。

附图说明

图1是本发明的实施例的结构示意图；

图2是本发明的电路原理方框图；

图3是本发明的电子点火控制程序流程图；

图4是本发明的电子点火控制单元输出的点火信号时序示意图；

其中：1、发动机2、启动开关3、点火基准信号传感器4、节气门位置传感器5、电控单元6、点火执行器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1所示，小型汽油机电子点火控制系统，包括发动机1，电控单元5和点火执行器6，电控单元5的输出端连接点火执行器6，发动机1的节气门体设置节气门位置传感器4，发动机1的磁电机上设置点火基准信号传感器3，节气门位置传感器4输出端和点火基准信号传感器3的输出端分别连接电控单元5的输入端。

摩托车发动机1采用轻骑汽车集团公司生产的单缸四冲程发动机改装。电控单元5采用单片机及其外围电路，其输入端连接点火基准信号传感器3、连接启动开关、连接节气门位置传感器4进而获得发动机1启动信号、节气门位置信号，发动机的转速信号，其输出端连接点火执行器6用于控制发动机的点火提前角、闭合角。

节气门位置传感器4安装在节气门体上，与节气门轴相连，其功能作用是将节气门的开度信号转换为电信号输入到电控单元5，用来检测发动机的负荷大小，作为电控单元5判断发动机运行工况的依据。

点火基准信号传感器3用来检测曲轴转角和发动机1转速，作为点火控制的信号。当发动机1工作时，磁电机外转子与发动机同轴旋转，在其外转子表面上的永久磁铁(俗称凸台)磁场使固定在车架上的磁电机触发线圈感应出电压，由于永久磁铁有一定的宽度，所以其在接近触发线圈和离开触发线圈时，在触发线圈中各产生一个脉冲，该脉冲电压为先正后负，这就是点火基准信号。本实例仅利用了正向脉冲来触发点火。

点火执行器6由匝数比较高的次级线圈和初级点火线圈构成，初级线圈导通时，初级线圈中的电流按照指数规律增加，从蓄电池获得的能量以磁场能的形式储存在初级线圈中；当初级线圈断电时，次级线圈感应出高压电，使火花塞电极间产生电火花，将气缸内的混合气点燃。

如图2所示，电控单元中设置程序存储器和数据存储器，来自磁电机触发线圈点火基准信号，通过施密特滤波电路和光电隔离电路将点火脉冲信号处理成方波信号输入单片机；由节气门位置传感器输入的节气门位置信号，通过低通滤波电路的处理输入单片机；单片机的数字量输出端口输出点火信号，输出过程是通过光电隔离电路、功率驱动电路组成点火执行器完成。

小型汽油机电子点火电控单元是本发明的核心部分，它可以根据发动机的不同工况，向发动机提供最佳的点火时间，使发动机始终工作在最佳工作状态。本发明小型汽油机电子点火电控单元的主要功能有：

1、点火提前角控制：发动机运转时，电控单元根据发动机的转速和节气门信号，计算相应工况下的点火提前角，在点火正时前的某一预定角，电控单元控制点火线圈的初级线圈通电，在到达点火正时角时，电控单元切断点火线圈初级电流并在次级线圈中感应出高压电使气缸的火花塞跳火，点燃混合气。

2、点火闭合角控制(通电时间)：点火线圈初级电路在断开时需要保证足够大的电流，电控单元需要控制点火线圈初级电路的通电时间，以使次级线圈产生足够高的电压。

本发明小型汽油机电子点火控制系统工作过程：发动机运行时，电控单元根据各传感器提供的发动机转速和节气门开度，判断发动机的所处的工况状态，然后按已经存储的MAP图(发动机在各种工况下所需的点火控制曲线图，称为MAP图)查表获得当前工况最佳点火提前角，并将点火信号传给点火控制执行器电路，该系统电路根据运算的结果输出控制信号给点火初级线圈，点火初级线圈再根据该信号的脉冲宽度，实现精确点火。

如图3、图4所示，本发明所提供点火控制方法，及采用本发明所提供点火控制方法输出的点火信号时序示意图，简单易于实现，可有效降低成本。

该处理控制方法采用同一定时器阵列的两个定时器模块实现点火控制，其中一个定时器模块利用其捕捉中断功能由所述点火基准信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能输出点火控制信号、以及闭合角控制信号，控制点火执行器依据该工况下的点火提前角实施点火。其点火控制方法流程为：

步骤S01、判断是否是定时器阵列定时器溢出中断：是则，进行步骤S02；否则，进行步骤S03；

步骤S02、将定时器溢出中断标志位清零，将转速为零的标志位置1，将发动机转动周期寄存器的值设为#0ffffh，进行步骤S13；

步骤S03、判断是否是定时器模块0高速输出中断：是则，进行步骤S04；否则，进行步骤S06；

步骤S04、清捕捉/比较模块0的中断标志位，进行步骤S05；

步骤S05、判断点火信号输出端口引脚是否出现下降沿：是则，表明点火线圈初级线圈通电，进行步骤S13；否则，表明初级线圈断电，点火线圈的次级线圈感应高压电击穿火花塞电极而点火，进行步骤S07；

步骤S06、判断是否是定时器模块3的捕捉中断：是则进行步骤S08；否则，进行步骤S13；

步骤S07、清进位标志位C；置点火闭合角控制时间常数，进行步骤S13；

步骤S08、清定时器模块3的捕捉/比较中断标志位；将定时器阵列计数寄存器清零；进行步骤S09；

步骤S09、将根据点火提前角MAP图查表获得点火提前角控制常数C4，赋给模块0的捕捉/比较寄存器，进行步骤S10；

步骤S10、判断是不是第一次读转动周期：是则，进行步骤S11；否则，进行步骤S12；

步骤S11、不读周期，清第一次读转动周期标志位，进行步骤S13；

步骤S12、存储捕捉的转动周期的低字节；存储捕捉的转动周期的高字节，进行步骤S13；

步骤S13、中断返回。

本发明中提及的单片机及其外围电路为普通现有技术，其设置和使用为本行业技术人员所掌握。

Claims (4)

1.小型汽油机电子点火控制系统，包括发动机，电控单元和点火执行器，电控单元的输出端连接点火执行器，其特征在于：

发动机的节气门体设置节气门位置传感器，发动机的磁电机上设置点火基准信号传感器，节气门位置传感器输出端和点火基准信号传感器的输出端分别连接电控单元的输入端；电控单元接收发动机的工况信号，分析处理得到该工况下的点火提前角，采用同一定时器阵列的两个定时器模块实现点火控制，其中一个定时器模块利用其捕捉中断功能由所述点火基准信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能输出点火控制信号和闭合角控制信号，控制点火执行器依据该工况下的点火提前角实施点火。

2.根据权利要求1所述的小型汽油机电子点火控制系统，其特征在于：所述的点火基准信号传感器由磁电机的触发线圈采集信号，通过施密特滤波电路和光电隔离电路将点火脉冲信号处理成方波信号输入电控单元，通过计算获得发动机转速。

3.根据权利要求1所述的小型汽油机电子点火控制系统，其特征在于：所述的节气门位置传感器的输出端通过低通滤波电路连接电控单元，采集节气门位置信号通过低通滤波电路的处理后输入电控单元进行处理，电控单元的输出端通过光电隔离电路、功率驱动电路连接点火执行器。

4.根据权利要求1所述的小型汽油机电子点火控制系统，其特征在于：所述的电控单元分析处理发动机的工况信号，控制点火执行器依据该工况下的点火提前角实施点火，包括以下步骤：

步骤S01、判断是否是定时器阵列定时器溢出中断：是则，进行步骤S02；否则，进行步骤S03；

步骤S02、将定时器溢出中断标志位清零，将转速为零的标志位置1，将发动机转动周期寄存器的值设为#0ffffh，进行步骤S13；

步骤S03、判断是否是定时器模块0高速输出中断：是则，进行步骤S04；否则，进行步骤S06；

步骤S04、清捕捉/比较模块0的中断标志位，进行步骤S05；

步骤S05、判断点火信号输出端口引脚是否出现下降沿：是则，表明点火线圈初级线圈通电，进行步骤S13；否则，表明初级线圈断电，点火线圈的次级线圈感应高压电击穿火花塞电极而点火，进行步骤S07；

步骤S06、判断是否是定时器模块3的捕捉中断：是则进行步骤S08；否则，进行步骤S13；

步骤S07、清进位标志位C；置点火闭合角控制时间常数，进行步骤S13；

步骤S08、清定时器模块3的捕捉/比较中断标志位；将定时器阵列计数寄存器清零；进行步骤S09；

步骤S09、将根据点火提前角MAP图查表获得点火提前角控制常数C4，赋给模块0的捕捉/比较寄存器，进行步骤S10；

步骤S10、判断是不是第一次读转动周期：是则，进行步骤S11；否则，进行步骤S12；

步骤S11、不读周期，清第一次读转动周期标志位，进行步骤S13；

步骤S12、存储捕捉的转动周期的低字节；存储捕捉的转动周期的高字节，进行步骤S13；

步骤S13、中断返回。

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