CN106321323B - 一种模拟与数字互补控制的汽油机点火方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟与数字互补控制的汽油机点火方法及装置,先通过模拟触发电路进行模拟点火，等单片机供电稳定后，单片机切断模拟触发电路，开始采集数字触发基准信号并接通数字触发电路，切换成数字信号触发点火;本发明通过设置模拟触发电路和数字触发回路，在启动初期先通过模拟信号触发点火模式，能快速进行点火，只需拉动一圈即可触发点火，等单片机供电稳定后再切换成数字信号触发点火模式，转换成数字触发以后能够获得更精准的点火角，保证发动机的运行稳定。

Description

一种模拟与数字互补控制的汽油机点火方法及装置
技术领域
本发明涉及一种模拟与数字互补控制的汽油机点火方法及装置，其应用于小型内燃式汽油发动机，如园林工具领域里的割草机、割灌机、绿篱机、油锯等。
背景技术
传统的小型汽油机用数字式点火器采用MCU为核心控制单元，根据汽油机转速调整相应的点火角度。但由于在启动过程中MCU稳定正常工作需要一段时间，会出现汽油机不易启动的现象；而且如果启动控制不当，极易造成误触发。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种启动快速、稳定的模拟与数字互补控制的汽油机点火方法及装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种模拟与数字互补控制的汽油机点火方法，先通过模拟触发电路进行模拟点火，等单片机供电稳定后，单片机切断模拟触发电路，开始采集数字触发基准信号并接通数字触发电路，切换成数字信号触发点火。
进一步的，当单片机供电稳定后，继续进行N次模拟触发点火，记录发动机的累加运转圈数值和第N次的发动机运转周期Tn；当运转圈数值等于预设圈数N时，切断模拟触发电路,当经过Tn/M时间后，开始采集数字触发基准信号并接通数字触发电路。
本发明还公开了一种模拟与数字互补控制的汽油机点火系统，包括
单片机；
电容充电回路，对充电电容进行充电，其包括充电线圈L1、二极管D1及充电电容C1；
可控硅Q1，用于控制充电电容C1进行充放电；
数字触发基准信号处理电路，与所述单片机相连，用于将所述充电线圈L1产生的电压波形进行处理形成数字触发基准信号；
模拟触发电路，连接所述可控硅Q1，用于控制所述充电电容C1的放电时刻；
数字触发电路，连接所述单片机与所述可控硅Q1，用于控制充电电容C1的放电时刻；
本发明通过设置模拟触发电路和数字触发回路，在启动初期先通过模拟信号触发点火模式，能快速进行点火，只需拉动一圈即可启动（触发点火），等单片机供电稳定后再切换成数字信号触发点火模式，转换成数字触发以后能够获得更精准的点火角，保证发动机的运行稳定。
进一步的，还包括
点火模式切换电路，连接所述单片机与所述模拟触发电路，用于切断所述模拟触发电路；
监测模块，设于所述单片机内，与所述模拟触发电路相连，当单片机供电稳定时，监测所述模拟触发电路的模拟点火信号，并记录最后一次触发时的发动机运转周期Tn；
信号采集模块，设于所述单片机内，连接所述数字触发基准信号处理电路，根据所述监测模块记录的发动机运转周期Tn来确定何时进行采集所述数字触发基准信号。
通过点火模式切换电路和监测模块，快速、稳定地实现模拟信号触发点火模式到数字信号触发点火模式的转换；监测模块监测模拟触发电路的模拟点火信号，并通过定时器来记录发动机运转圈数和运转周期Tn；该运转周期Tn是最后一次模拟触发点火模式下的发动机运转周期值；利用该运转周期Tn，信号采集模块能准确判断何时进行数字数字触发基准信号的采集，相较于传统数字触发电路需要等待发动机转动好几圈后才可以进行采集，本发明能更快、更准确的进行采集信号，发动机启动更快，能有效避免误触发。
进一步的，所述模拟触发电路与所述数字触发回路之间设有隔离电路，用于隔离模拟触发点火信号和数字触发点火信号。隔离电路用于防止模拟触发电路上的电压过大时损坏单片机接口。
再进一步的，还包括熄火电路，连接所述单片机与所述模拟触发电路，用于切断所述模拟触发电路和数字触发电路。该熄火电路通过一个开关即可同时控制模拟触发电路和数字触发电路。
进一步的，还包括供电电路，与所述单片机相连，用于接收所述充电线圈产生的第一交流电压波形P1和第二交流电压波形P2，为单片机提供电源。
综上所述，本发明具有以下优点：本发明在启动初期先通过模拟信号触发点火模式，能实现快速进行点火；等单片机供电稳定后再切换成数字信号触发点火模式，转换成数字触发以后能够获得更精准的点火提前角，保证发动机的运行稳定。
附图说明
图1为本发明的机械结构示意图。
图2为本发明的原理框图。
图3为本发明实施例的电路图。
图4为本发明实施例的的触发点火波形示意图。
图5为本发明实施例的模拟触发点火和数字触发点火控制切换流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图5所示，一种模拟与数字互补控制的汽油机点火方法，先通过模拟触发电路进行模拟点火，等单片机供电稳定后，单片机切断模拟触发电路，开始采集数字触发基准信号并接通数字触发电路，切换成数字信号触发点火。本方法在启动初期先通过模拟信号触发点火模式，能快速进行点火，只需拉动一圈即可触发点火，等单片机供电稳定后再切换成数字信号触发点火模式，转换成数字触发以后能够获得更精准的点火提前角，保证发动机的运行稳定。
具体的，从模拟点火切换至数字点火模式的过程中，为了能准确、快速的判断何时进行数字触发信号的采集，我们在当单片机供电稳定后，会继续进行N次模拟触发点火，并记录发动机的累加运转圈数值和第N次的发动机运转周期Tn；当运转圈数值等于预设圈数N时，切断模拟触发电路,同时计时开始，当定时器到达Tn/M（M可以是大于1的自然数，本实施例中优选M=2）值时，开始采集数字触发基准信号并接通数字触发电路。该方法能在数字触发基准信号第一次来临时就能进行精准采集，能有效避免误触发。
如图1、2所示，本发明还提供了一种模拟与数字互补控制的汽油机点火系统，其机械结构包括高压帽11、高压线12、控制电路13；铁芯14、外壳15以及填充于外壳空隙处的环氧料16；
本发明的创新在于控制电路13的改进，将具体阐述控制电路的改进点，具体的，所述控制电路13包括
单片机,主要用于数据的采集、运算、处理和转换，其数据的采集、运算、处理和转换均由相应的控制程序来实现，可以通过市面上采购,具体的，于本实施例中，选取市面上购买的PIC12F系列单片机；
电容充电回路，其包括充电线圈L1、二极管D1及充电电容C1；该电容充电回路通过接收充电线圈L1产生的第三交流波形P对充电电容C1进行充电；
可控硅Q1，用于控制充电电容C1进行充放电，可控硅导通时，充电电容C1进行放电，可控硅截止时，充电电容C1进行充电；
数字触发基准信号处理电路，与所述单片机相连，用于将所述充电线圈L1产生的第一交流电压波形P1和第二交流电压波形P2分别处理形成数字触发基准波形P1＂和P2＂,以供所述单片机进行信号采集;
模拟触发电路，连接所述可控硅Q1的控制极，通过模拟触发点火信号来驱动所述可控硅的导通或截止，继而控制所述充电电容C1的放电时刻；
数字触发电路，连接所述单片机与所述可控硅Q1的控制极，通过单片机内部处理数据后，向数字触发回路发送指令，数字触发回路输出数字触发点火信号至所述可控硅的控制极，驱动可控硅的导通，继而控制所述充电电容C1的放电时刻；
点火模式切换电路，连接所述单片机与所述模拟触发电路，用于切断所述模拟触发电路；通过单片机内部处理数据后，向点火模式切换电路发送指令，数字切换回路切断所述模拟触发电路，使得模拟触发点火信号无法传输至所述可控硅的控制极；为了防止当模拟触发电路上的电压过大时损坏单片机相应接口，在所述模拟触发电路与所述数字触发回路之间设置隔离电路，用于隔离模拟触发点火信号和数字触发点火信号，具体的，在本实施例中，所述隔离电路包括二极管D3、D4；
监测模块，设于所述单片机内，与所述模拟触发电路相连，当单片机供电稳定时，监测所述模拟触发电路的模拟点火信号，并记录最后一次触发时的发动机运转周期Tn；
信号采集模块，设于所述单片机内，连接所述数字触发基准信号处理电路，根据所述监测模块记录的发动机运转周期Tn来确定何时进行采集所述数字触发基准信号；从数字触发波形P1＂和P2＂中选出有用的数字触发基准波形P1＂，并记录下当下发动机运转周期Tn+1，根据该周期计算得到转速，查表计算得出相应的点火延时时间，进行数字触发点火。
熄火电路，连接所述单片机与所述模拟触发电路，用于切断所述模拟触发电路和数字触发电路。该熄火电路通过一个开关即可同时控制模拟触发电路和数字触发电路。
供电电路，与所述单片机相连，用于接收所述充电线圈L1产生的第一交流电压波形P1和第二交流电压波形P2，为单片机提供电源。
具体的，如图3所示，于本实施例中，提供了本发明其中一种电路原理图；
所述电容充电回路包括充电线圈L1、二极管D1、充电电容C1、放电电阻R1、升压变压器T1、二极管D6和二极管D11；所述的升压变压器T1包括初级线圈L2和次级线圈L3；充电线圈L1的1端分别与二极管D1的阳极、二极管D6的阴极相连；可控硅Q1的阳极分别与二极管D1的阴极、充电电容C1的输入端相连；放电电阻R1与充电电容C1并联连接，充电电容C1的输出端与初级线圈L2的1端相连，初级线圈L2的2端与次级线圈L3的2端相连后接地，次级线圈L3的1端用于接火花塞；二极管D6的阳极、可控硅Q1的阴极和二极管D11的负极均接地连接；二极管D11的正极与充电线圈L1的2端相连。
所述模拟触发电路包括电阻R6、R2、R13、R5，二极管D2、D3，电容C2、C3和可控硅Q2。
电阻R6的一端与充电线圈L1的2端相连，电阻R6的另一端分别与接可控硅Q2的阳极、二极管D3的阳极相连；
可控硅Q2的控制极与阴极并联电容C3后接地，二极管D2的阴极与充电线圈L1的1端相连，二极管D2的阳极通过电阻R13与电容C2的正极相连，电容C2的正极通过电阻R2与充电线圈L1的1端相连；电容C2的正极通过电阻R5与可控硅Q2的控制极相连；电容C2的负极接地。
图3中，数字控制芯片U1为PIC12F系列单片机，包括8个引脚，分别为GP0、GP1、GP2、GP3、GP4、GP5、VCC和VSS。单片机的供电电路包括二极管D7、电容C4、C5、C6，稳压二极管D8、D9和限流电阻R8。稳压二极管D8的稳压值要大于稳压二极管D9的稳压值，稳压二极管D9的稳压值不能超过数字控制芯片U1的最大工作电压值。
数字触发基准信号处理电路包括电阻R11、R12，稳压二极管D13和电容C7；
数字点火触发电路包括电阻R7、二极管D4、
点火模式切换电路包括电阻R10、二极管D5；
熄火电路包括二极管D10、D14，电阻R9，稳压二极管D12和熄火开关S1；所述熄火电路在模拟触发点火阶段，如果熄火开关S1闭合，则模拟点火触发信号C将直接通过二极管D14和熄火开关S1接地，关闭模拟触发点火功能；在正常数字控制阶段，则通过检测数字控制芯片U1的GP5口来判断是否输出点火信号。
所述电容充放电点火电路在发动机磁电机每运转一圈过程中，经二极管D1、D6、D11整流作用在充电线圈L1的1端感应生成A交流单波P，在充电线圈L1的2端感应生成B交流双波P1、P2。
在感应时间顺序上先来B交流双波P1，然后A交流单波P，最后B交流双波P2；
B交流双波P1、P2通过二极管D7对单片机供电电路充电；在B交流双波P1来到时，P1经电阻R6和二极管D3触发可控硅Q1导通，实现在数字控制芯片U1未正常工作时的模拟触发点火功能；在A交流单波P来到时，通过二极管D1对充电电容C1充电蓄能；同时A交流单波P通过电阻R2对电容C2充电，到达预先设定的一定电压值后触发可控硅Q2导通，此时关断模拟点火触发功能；在A交流单波P回落过程中，电容C2逐步通过电阻R4和二极管D2放电；在B交流双波P2来到时，在P2正向电压和电容C2的储能作用下，可控硅Q2仍继续保持导通状态，以防止交流双波P2的误触发，直等电容C2放电完成，且交流双波P2回落后可控硅Q2才完全关断，确保只触发B交流双波P1。
当单片机供电稳定后，要开始准备进行切换，切换之前，先保证继续进行N次的模拟触发点火模式的进行，并对发动机运转周期值进行记录；具体的，数字控制芯片U1控制GP0口先输出低电平， GP4口配置为输入状态，监测模块开始监测模拟点火触发信号C；当检测到模拟点火触发波形C的P1’波来到时，数字控制芯片U1的GP4口检测到高电平，则开启16位定时器T1开始计时，直等到下一个模拟点火触发波形C的P1’波来到，关断定时器T1，再重新开启定时器T1，如此循环，记录下累加启动运转圈数值S，当该启动运转圈数值S到达设定值N时，记录下第N次的发动机运转周期Tn；同时，单片机通过对GP0口输出高电平，通过点火模式切换电路使得可控硅Q2导通，实现模拟触发点火功能的关断；然后，GP4口被配置为输出状态，输出低电平，此时，同时关断模拟和数字触发功能，等待充电电容C1进行充电；
而当模拟触发点火功能的关断时开始计时，当定时器的值为Tn/2 时，开始进行信号采集；具体的，通过将GP2口配置为外部上升沿触发中断功能，对触发基准波形D进行检测，对触发基准波形D的P1”进行采集，并根据记录的发动机运转第S+1次时的运转周期来查表计算得到所需的点火延时值。单片机通过GP4口，经电阻R7和二极管D4输出数字点火信号，实现了发动机启动模拟触发点火到正常运行数字点火控制的切换，切换过程的流程框图见图5所示；二极管D3、D4起到了隔离模拟触发点火信号和数字点火信号的作用。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1. 一种模拟与数字互补控制的汽油机点火方法，其特征在于：先通过模拟触发电路进行模拟点火，等单片机供电稳定后，单片机切断模拟触发电路，开始采集数字触发基准信号并接通数字触发电路，切换成数字信号触发点火；当单片机供电稳定后，继续进行N次模拟触发点火，记录发动机的累加运转圈数值和第N次的发动机运转周期Tn；当运转圈数值等于预设圈数N时，切断模拟触发电路,当经过Tn/M时间后，开始采集数字触发基准信号并接通数字触发电路,M为大于1的自然数。
2.一种运用于权利要求1所述的点火方法的点火系统，其特征在于：包括
单片机；
电容充电回路，对充电电容进行充电，其包括充电线圈L1、二极管D1及充电电容C1；
可控硅Q1，用于控制充电电容C1进行充放电；
数字触发基准信号处理电路，与所述单片机相连，用于将所述充电线圈L1产生的电压信号进行处理形成数字触发基准信号
模拟触发电路，连接所述可控硅Q1，用于控制所述充电电容C1的放电时刻；
数字触发电路，连接所述单片机与所述可控硅Q1，用于控制充电电容C1的放电时刻。
3.根据权利要求2所述的一种点火系统，其特征在于：还包括
点火模式切换电路，连接所述单片机与所述模拟触发电路，用于切断所述模拟触发电路；
监测模块，设于所述单片机内，与所述模拟触发电路相连，当单片机供电稳定时，监测所述模拟触发电路的模拟点火信号，并记录最后一次触发时的发动机运转周期值Tn；
信号采集模块，设于所述单片机内，连接所述数字触发基准信号处理电路，根据所述监测模块记录的发动机运转周期值Tn来确定何时进行采集所述数字触发基准信号。
4.根据权利要求2所述的一种模拟与数字互补控制的汽油机点火系统，其特征在于：所述模拟触发电路与所述数字触发回路之间设有隔离电路，用于隔离模拟触发点火信号和数字触发点火信号。
5.根据权利要求2所述的一种模拟与数字互补控制的汽油机点火系统，其特征在于:还包括熄火电路，连接所述单片机与所述模拟触发电路，用于切断所述模拟触发电路和数字触发电路。
6.根据权利要求2所述的一种模拟与数字互补控制的汽油机点火系统，其特征在于:还包括供电电路，与所述单片机相连，用于接收所述充电线圈L1产生的交流波形，为单片机提供电源。
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